座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置和方法与流程

本申请涉及但不限于材料科学、固体力学技术领域，尤指一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置和方法。

背景技术：

座椅垫作为直接与乘员接触的结构部件，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、高铁等领域，可为乘员提供舒适的乘坐体验，航空座椅垫还可通过自身的大变形吸收碰撞、应急着陆等情形中的冲击能量，减小乘员所受冲击载荷，为乘员提供一定的保护。在动态载荷作用下，座椅垫材料的力学性能与加载速率有关，其变形和受载更是涉及到材料非线性、几何非线性和接触非线性等问题，因此有必要对不同应变率下座椅垫材料的压缩力学性能进行研究。

目前，国内外关于座椅垫材料准静态和动态压缩力学性能的研究较少，研究对象多为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯等材料，研究内容主要集中于人体工学、振动和压力分布等方面。因此，亟需提出一种技术方案以开展座椅垫材料在准静态压缩和动态压缩下力学性能研究工作。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置和方法，实现了测试和分析不同应变率下座椅垫材料的压缩力学性能。

本发明实施例提供一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置，包括：压头、支撑板和材料实验机，所述材料实验机包括：对称设置的上夹持端和下夹持端，设置于所述上夹持端顶部的运动轴，与所述运动轴相连接的位移传感器，以及与所述下夹持端相连接的载荷传感器；

其中，所述支撑板与所述下夹持端连接，用于在所述支撑板的上端面放置实验件，所述实验件用于模拟座椅垫材料；所述压头与所述上夹持端连接；

所述材料实验机，用于通过运动轴和上夹持端对所述实验件施加载荷，以使得所述实验件产生压缩的变形，并通过载荷传感器和位移传感器测试加载和卸载过程中的载荷和位移数据。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置中，所述材料实验机还包括：分别与位移传感器和载荷传感器相连接的控制计算机，

所述控制计算机，用于控制材料实验机的加载和卸载方式，并对位移传感器和载荷传感器测试的数据进行处理；

所述力学性能测试装置还包括：光源，设置于实验件一侧的高速摄像机，以及与所述高速摄像机相连接的第一计算机；

所述光源，用于为高速摄像机的摄像过程进行补光；

所述高速摄像机和第一计算机，用于拍摄并记录实验件压缩变形的过程。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置中，所述力学性能测试装置与所述实验件的装配要求为：所述实验件的中心轴与所述压头的中心轴为共线设置。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置中，所述压头为圆板形状，用于模拟驾驶员腰椎和骨盆，从而获得航空座椅垫的真实受载条件。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置中，所述支撑板表面符合预设标准的平行度；

所述支撑板沿厚度方向具有切槽，用于所述支撑板底部中心空气逃逸；

所述支撑板沿平面方具有通孔，用于模拟航空座椅的椅盆结构，从而获得座椅垫的真实压缩力学状态。

本发明实施例还提供一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试方法，采用如上述任一项所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置执行，所述力学性能测试方法包括：

步骤1，连接压头和上夹持端，连接支撑板与下夹持端；

步骤2，将实验件放置于支撑板上，并确保实验件的中心轴与压头的中心轴共线；

步骤3，打开光源和高速摄像机，并通过第一计算机记录实验件压缩变形的过程；

步骤4，打开材料实验机，开始进行力学性能测试实验；

步骤5，预压缩：正式压缩前，压缩实验件两次，预压缩的压缩量为实验件原始厚度的75-80％；预压缩后，将实验件静置360±60s；

步骤6，准静态压缩：压缩量大于或等于实验件原始厚度的90％，通过材料实验机的载荷传感器和位移传感器，测试加载和卸载过程中的载荷和位移数据；

步骤7，动态压缩：压缩量大于或等于实验件原始厚度的90％，通过材料实验机的载荷传感器和位移传感器，测试加载和卸载过程中的载荷和位移数据；

步骤8，实验结束，关闭高速摄像机、光源、材料实验机。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试方法中，

步骤2中确保实验件的中心轴与压头的中心轴共线，用于确保单轴加载。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试方法中，

步骤5中的预压缩，用于模拟人体就坐方式，挤压座椅垫及其内部空气；预压缩后实验件静置，以使实验件恢复。

可选地，如上所述的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试方法中，

步骤6和步骤7中压缩量大于或等于实验件原始厚度的90％，用于模拟飞机坠撞等情形中座椅垫的极端受载情况；

步骤6和步骤7中实验件压缩变形过程中的测试，用于记录完整的加载过程和卸载过程。

本发明实施例提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置和方法，可以在准静态压缩和动态压缩下对座椅垫材料的实验件进行力学性能测试，可应用于座椅垫材料的准静态压缩和动态压缩力下的学性能测试与分析。本发明实施例的技术方案，针对座椅垫材料在不同应变率下的压缩力学性能测试与分析，实现了座椅垫材料准静态和动态压缩力学性能的准确测试与获取等技术问题，具有广阔的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置中压头和支撑板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置的结构示意图。本实施例提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置可以包括：压头3、支撑板5和材料实验机，该材料实验机可以包括：对称设置的上夹持端2和下夹持端6，设置于上夹持端2顶部的运动轴1，与运动轴1相连接的位移传感器(图中未示出)，以及与下夹持端6相连接的载荷传感器7。需要说明的是，本发明实施例中上夹持端2和下夹持端6的设置位置为对称的，但该两个加持端的形状可以是不同的。

如图1所示力学性能测试装置的结构，支撑板5与下夹持端6连接，用于在支撑板5的上端面放置实验件4，实验件4用于模拟座椅垫材料；压头3与上夹持端2连接。在实际装配中，压头3可通过螺接方式与上夹持端2连接，也可通过紧密配合附加弹簧连接方式与上夹持端2连接；支撑板5可以通过螺接等方式与下夹持端6连接。

在本发明实施例中，力学性能测试装置与所述实验件的装配要求为：实验件4的中心轴与所述压头3的中心轴为共线设置，以实现单轴加载。

本发明实施例中的材料实验机为执行力加载和卸载的主体，通过运动轴1和上夹持端2对实验件4施加载荷，以使得实验件4产生压缩的变形，并通过载荷传感器7和位移传感器测试加载和卸载过程中的载荷和位移数据。

本发明实施例中提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置，可以在准静态压缩和动态压缩下对座椅垫材料的实验件进行力学性能测试，可以应用于座椅垫材料的准静态压缩和动态压缩力下的学性能测试与分析。

图2为本发明实施例提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置中压头和支撑板的结构示意图。本发明实施例中的压头3可以为圆板形状，用于模拟驾驶员腰椎和骨盆，从而获得航空座椅垫的真实受载条件；这是因为沿垂向受载过程中，冲击载荷主要由座椅垫经乘员骨盆传至乘员腰椎处，反之，座椅垫主要承受来自乘员腰椎和骨盆的反作用力。

本发明实施例中的支撑板5表面符合预设标准的平行度，通常要求支撑板5表面具有较高的平行度，以保证单轴加载；另外，支撑板5沿厚度方向进行切槽处理，以便支撑板5底部中心空气逃逸；再者，支撑板5沿平面方具有通孔，用于模拟航空座椅的椅盆结构，从而获得座椅垫的真实压缩力学状态，避免因内部空气不能及时逃离带来座椅垫材料压缩力学性能的测试误差。

需要说明的是，图1中并未示出材料实验机的全部结构，仅示意出部分与力加载相关的结构。

可选地，本发明实施例中的材料实验机还可以包括：分别与位移传感器和载荷传感器7相连接的控制计算机8，

该控制计算机8，用于控制材料实验机的加载和卸载方式，并对位移传感器和载荷传感器测试的数据进行处理；

可选地，本发明实施例中的力学性能测试装置还可以包括：光源11，设置于实验件一侧的高速摄像机9，以及与高速摄像机9相连接的第一计算机10；

光源11，用于为高速摄像机9的摄像过程进行补光；

高速摄像机9和第一计算机10，用于拍摄并记录实验件压缩变形的过程。

力学性能测试的过程中，在中高应变率下，普通摄像机通常无法捕捉实验件的动态变形过程，实验过程可以采用高速摄像机；光源为高速摄像机的摄像过程进行补光，以达到摄像要求。

本发明实施例的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置，操作便捷，易于实现，实验效率高，对实验件尺寸无特殊要求。

基于本发明上述实施例提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置，本发明实施例还提供一种座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试方法，本发明实施例可以采用上述任一实施例中的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置执行力学性能测试方法，该力学性能测试方法可以包括如下步骤：

步骤1，通过螺接等方式，连接压头和上夹持端，连接支撑板与下夹持端；

步骤2，将实验件放置于支撑板上，并确保实验件的中心轴与压头的中心轴共线，以确保单轴加载；

步骤3，打开光源和高速摄像机，并通过第一计算机记录实验件压缩变形的过程；

步骤4，打开材料实验机，即打开位移传感器、载荷传感器7和控制计算机8等，开始进行力学性能测试实验；

步骤5，预压缩：正式压缩前，压缩实验件两次，预压缩的压缩量为实验件原始厚度的75-80％，以模拟人体就坐方式，挤压座椅垫及其内部空气；预压缩后，将实验件静置360±60s，以使实验件恢复；

步骤6，准静态压缩：压缩量大于或等于实验件原始厚度的90％，通过材料实验机自带的载荷传感器和位移传感器，测试加载和卸载过程中的载荷和位移数据；载荷和位移数据分别可以为载荷-时间曲线和位移-时间曲线；

步骤7，动态压缩：压缩量大于或等于实验件原始厚度的90％，通过材料实验机自带的载荷传感器和位移传感器，测试加载和卸载过程中的载荷和位移数据；载荷和位移数据分别可以为载荷-时间曲线和位移-时间曲线；

步骤8，实验结束，关闭高速摄像机、光源、材料实验机等设备。

本发明实施例的力学性能测试方法中，步骤6和步骤7中压缩量大于或等于实验件原始厚度的90％，用于模拟飞机坠撞等情形中座椅垫的极端受载情况；

步骤6和步骤7中实验件压缩变形过程中的测试，用于记录完整的加载过程和卸载过程。

另外，本发明实施例中，步骤6的准静态压缩与步骤7的动态压缩的压缩速度不同，通常地，准静态压缩的速度较慢，动态压缩的速度较快。

本发明实施例中提供的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置和方法，可以在准静态压缩和动态压缩下对座椅垫材料的实验件进行力学性能测试，可应用于座椅垫材料的准静态压缩和动态压缩力下的学性能测试与分析。本发明实施例的座椅垫材料在不同应变率下的力学性能测试装置，操作便捷，易于实现，实验效率高，对实验件尺寸无特殊要求。本发明实施例的技术方案，针对座椅垫材料在不同应变率下的压缩力学性能测试与分析，实现了座椅垫材料准静态和动态压缩力学性能的准确测试与获取等技术问题，具有广阔的应用前景。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。