确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法及系统与流程

本发明涉及计量校准领域，并且更具体地，涉及一种确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法及系统。

背景技术：

现场运行计量设备的性能、功能等方面的质量检测和分析数据显示，量测设备防护壳体在长时间运行后出现了严重的质量下降现象。近几年，通过对计量设备的质量管控与跟踪，发现计量设备在不同环境下运行，出现了不同的故障现象，我们需要对计量设备运行工况进行分析研究，对计量设备在不同典型环境下的运行情况进行检测，收集不同工况下计量设备的检测数据，进一步开展计量设备在典型环境下的失效机理的研究。

复合材料老化过程中宏观性能的关系，仍缺乏深入的针对性研究。其中的主要原因之一就是材料的微观结构复杂，老化周期长，影响老化的因素错综复杂。一方面，不同老化因素对老化性能的影响存在协同作用，另一方面，老化过程中一般同时存在多种物理和化学的变化，而这些变化又进而影响后续的老化过程。近年来，研究材料在高严寒、高干热、高海拔、高盐雾及高湿热典型环境下的关键指标试验数据，抽象出多环境应力综合交叉作用下材料老化的非线性演化与服役寿命模型，以对究量测设备的防老化与服役寿命评估技术为研究方向。

因此，需要急需一种确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法。

技术实现要素：

本发明提出一种确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法及系统，以解决如何确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法，所述方法包括：

分别选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行冲击测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的冲击强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的冲击强度计算冲击强度的老化保持率；

分别重新选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行弯曲测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度计算弯曲强度的老化保持率；

根据所述冲击强度的老化保持率和弯曲强度的老化保持率，利用相关性计算方法确定冲击强度和弯曲强度之间的相关性。

优选地，其中所述方法还包括：对原始测试样本进行老化处理，以获取老化测试样本。

优选地，其中所述方法还包括：

在进行测试前，按照预设的调节时间阈值，将原始测试样本和老化测试样本置于预设温度和相对湿度的环境中，以进行状态调节。

优选地，其中利用如下公式确定冲击强度，包括：

利用如下公式确定弯曲强度，包括：

其中，acu为测试样本的冲击强度；ec为获取的测试样本被坏时吸收的能量；h为测试样本的厚度；b为测试样本的宽度；σb为测试样本的弯曲强度；p为测试样本破坏载荷；l为跨距。

优选地，其中利用如下公式计算老化保持率，包括：

其中，xa为老化测试样本的冲击强度或弯曲强度；x0为原始测试样本的冲击强度或弯曲强度。

优选地，其中，所述相关性计算方法包括：pearson相关系数计算方法、spearman相关系数计算方法和kendall相关系数计算方法。

根据本发明的另一个方面，提供了一种确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的系统，所述系统包括：

冲击强度测试单元，用于分别选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行冲击测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的冲击强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的冲击强度计算冲击强度的老化保持率；

弯曲强度测试单元，用于分别重新选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行弯曲测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度计算弯曲强度的老化保持率；

相关性确定单元，用于根据所述冲击强度的老化保持率和弯曲强度的老化保持率，利用相关性计算方法确定冲击强度和弯曲强度之间的相关性。

优选地，其中所述系统还包括：

老化处理单元，用于对原始测试样本进行老化处理，以获取老化测试样本。

优选地，其中所述系统还包括：

状态调节单元，用于将原始测试样本和老化测试样本置于预设温度和相对湿度的环境中，以进行状态调节。

优选地，其中利用如下公式确定冲击强度，包括：

利用如下公式确定弯曲强度，包括：

其中，acu为测试样本的冲击强度；ec为获取的测试样本被坏时吸收的能量；h为测试样本的厚度；b为测试样本的宽度；σb为测试样本的弯曲强度；p为测试样本破坏载荷；l为跨距。

优选地，其中利用如下公式计算老化保持率，包括：

其中，xa为老化测试样本的冲击强度或弯曲强度；x0为原始测试样本的冲击强度或弯曲强度。

优选地，其中所述相关性计算方法包括：pearson相关系数计算方法、spearman相关系数计算方法和kendall相关系数计算方法。

本发明提供了一种确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法及系统，包括：分别对原始测试样本和老化测试样本进行冲击测试，确定冲击强度的老化保持率；分别对原始测试样本和老化测试样本进行弯曲测试，确定弯曲强度的老化保持率，并根据冲击强度的老化保持率和弯曲强度的老化保持率计算相关性。本发明通过对高可用性材料的宏观力学性能进行相关性分析，用以反映老化因素对材料老化性能的影响的协同作用，能够推动智能量测设备领域新材料技术的应用与发展，提高行业产品的质量与可靠性，为我国量测设备行业的产业升级提供技术支撑。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的圆盘试样架的示意图；

图3为根据本发明实施方式的测试流程图；以及

图4为根据本发明实施方式的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的系统400的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法，通过对高可用性材料的宏观力学性能进行相关性分析，用以反映老化因素对材料老化性能的影响的协同作用，能够推动智能量测设备领域新材料技术的应用与发展，提高行业产品的质量与可靠性，为我国量测设备行业的产业升级提供技术支撑。本发明实施方式提供的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法从步骤101处开始，在步骤101分别选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行冲击测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的冲击强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的冲击强度计算冲击强度的老化保持率。

在步骤102，分别重新选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行弯曲测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度计算弯曲强度的老化保持率。

优选地，其中所述方法还包括：对原始测试样本进行老化处理，以获取老化测试样本。

优选地，其中所述方法还包括：在进行测试前，按照预设的调节时间阈值，将原始测试样本和老化测试样本置于预设温度和相对湿度的环境中，以进行状态调节。

优选地，其中利用如下公式确定冲击强度，包括：

利用如下公式确定弯曲强度，包括：

其中，acu为测试样本的冲击强度；ec为获取的测试样本被坏时吸收的能量；h为测试样本的厚度；b为测试样本的宽度；σb为测试样本的弯曲强度；p为测试样本破坏载荷；l为跨距。

优选地，其中利用如下公式计算老化保持率，包括：

其中，xa为老化测试样本的冲击强度或弯曲强度；x0为原始测试样本的冲击强度或弯曲强度。

在本发明的实施方式中，首先选取需要研究的智能量测设备的材料进行试样制备，试样的要求由要进行的力学性能试验确定。例如，可以选取智能计量箱箱体所使用的材料，聚碳酸酯树脂+丙烯腈一丁二烯—苯乙烯树脂(pc+abs)与gb/t23641下的玻纤增强不饱和聚酯模塑料(smc)。然后，将测试样本分为正常组与老化组，并对老化组进行老化处理以得到老化测试样本。其中，可以对原始测试样本进行湿热老化处理、盐雾老化处理或氙弧灯老化处理，也可以可根据老化时间的不同确定多组老化测试样本。然后，在测试前，在标准大气环境(温度为23℃±2℃，相对湿度为50％±5％)下放置不少于96h，以进行状态调节。

最后，分别对原始测试样本和老化测试样本进行冲击测试和弯曲测试，已确定老化保持率。

本发明实施方式是结合已有国内外材料服役寿命预测预测计算经验，并考虑到各类客观因素，选取材料的冲击强度与弯曲强度作为评价指标，分析材料在不同方向上力学性能的相关性。该方法可对材料老化环境进行进一步设置，从而得到更加准确可信的评价结果。其中，可以参考国家标准《gbt1043.1-2008塑料简支梁冲击性能的测定》、《gbt9341-2008塑料弯曲性能的测定》以及《gb/t16422.2-2014塑料实验室光源暴露试验方法》，设计实验对高可用性材料(1)聚碳酸酯树脂+丙烯腈一丁二烯—苯乙烯树脂(pc+abs)与玻纤增强不饱和聚酯模塑料(smc)进行测试。

图2为根据本发明实施方式的圆盘试样架的示意图。如图2所示，为放置测试样品的试样架。在本发明的实施方式中，对智能计量箱箱体的样品等距采集，制作为24根同规格样条，采用开放式圆盘试样架，将加工切割好的试样样条固定，每6根样条为一组，合计4组(a、b、c、d)，并呈放射式均匀排列于圆盘试样架上。

图3为根据本发明实施方式的测试流程图。如图3所示，首先将a、b分组的试样进行老化处理，包括：波长290～800nm之间的通带，选择550w/m2的辐照度，温度65℃，湿度65％，每次喷水18min，无水102min，循环500小时。老化完成后，将a、b、c、d，四组样条在标准大气环境(温度为23℃±2℃，相对湿度为50％±5％)下调节不少于96h。进行冲击测试时，将a、c两组测试样品进行冲击性能测试，其中冲击速度2.9m/s，摆锤扬角150°，打击中心距230mm，采用的5j摆锤力矩pl＝2.6795n·m，并根据测试结果计算得到冲击强度的老化保持率。进行弯曲测试时，将b、d两组测试样品进行2mm/min的弯曲性能测试，并根据测试结果计算得到弯曲强度的老化保持率。

在步骤103，根据所述冲击强度的老化保持率和弯曲强度的老化保持率，利用相关性计算方法确定冲击强度和弯曲强度之间的相关性。

优选地，其中所述相关性计算方法包括：pearson相关系数计算方法、spearman相关系数计算方法和kendall相关系数计算方法。

在本发明的实施方式中，对材料老化前后的各种力学性能进行相关性分析，可以采用pearson、spearman、kendall等多种方法。可以分析智能量测设备材料冲击特性和弯曲特性之间的相关性，以冲击强度衰减比率为自变量，同一老化时间的弯曲强度衰减比率为因变量，进行拟合，可以获得两种力学特性之间的相关性，有助于智能量测设备材料寿命预估。

pearson相关系数计算方法包括：

其中，σx、σy分别为两个选定变量x、y的标准差；e(.)表示变量的期望值；cov(.)表示变量的协方差。

spearman相关系数计算方法包括：

其中，d为相应变量的统计等级之差。

kendall相关系数计算方法包括：

其中，c为同序对(concordantpairs)数量；d为异序对(discordantpairs)数量；q由显著性水平r定义。

对于kendall，令：

其中，v0＝n(n-1)(2n+5)，τ＝∑ktk(tk-1)，τ1＝∑ktk(tk-1)(tk-2)，τ2＝∑ktk(tk-1)(2tk+5)，tk为第k组中相关变量的个数，q＝(n(n-1)/2-τ(i)/2)(n(n-1)/2-τ(j)/2)，v＝(v0-τ2(i)-τ2(j))/18+τ(i)τ(j)/(2n(n-1))+τ1(i)τ1(j)/(9n(n-1)(n-2))，r为变量i、j的相关系数。

本发明实施方式从200余只采用高可用性材料的智能计量箱上截取的约6000份样品进行试验分析，分别对老化前后的样品冲击强度与弯曲强度进行测试。试样从计量箱箱体等距采集，每只计量箱采集约30根样条。经试验测得两种高可用性材料在紫外老化后，冲击强度大部分发生了一定程度的衰减，弯曲强度也发生了一定程度的衰减。然后，分别采用pearson、spearman、kendall三种方式对两种材料老化前后的冲击性能与弯曲性能进行相关性分析，可得出两种材料在老化前后的冲击强度与弯曲强度相关性的结果。

图4为根据本发明实施方式的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的系统400的结构示意图。如图4所示，本发明实施方式提供的确定智能量测设备材料的力学性能的相关性的系统400，包括：冲击强度测试单元401、弯曲强度测试单元402和相关性确定单元403。

优选地，所述冲击强度测试单元401，用于分别选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行冲击测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的冲击强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的冲击强度计算冲击强度的老化保持率。

优选地，所述弯曲强度测试单元402，用于分别重新选取预设数量的原始测试样本和老化测试样本进行弯曲测试，分别获取原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度，并根据原始测试样本和老化测试样本的弯曲强度计算弯曲强度的老化保持率。

优选地，所述相关性确定单元403，用于根据所述冲击强度的老化保持率和弯曲强度的老化保持率，利用相关性计算方法确定冲击强度和弯曲强度之间的相关性。

优选地，其中所述系统还包括：老化处理单元，用于对原始测试样本进行老化处理，以获取老化测试样本。

优选地，其中所述系统还包括：状态调节单元，用于将原始测试样本和老化测试样本置于预设温度和相对湿度的环境中，以进行状态调节。

优选地，其中利用如下公式确定冲击强度，包括：

利用如下公式确定弯曲强度，包括：

其中，acu为测试样本的冲击强度；ec为获取的测试样本被坏时吸收的能量；h为测试样本的厚度；b为测试样本的宽度；σb为测试样本的弯曲强度；p为测试样本破坏载荷；l为跨距。

优选地，其中利用如下公式计算老化保持率，包括：

其中，xa为老化测试样本的冲击强度或弯曲强度；x0为原始测试样本的冲击强度或弯曲强度。

优选地，其中所述相关性计算方法包括：pearson相关系数计算方法、spearman相关系数计算方法和kendall相关系数计算方法。

本发明的实施例的定智能量测设备材料的力学性能的相关性的系统400与本发明的另一个实施例的定智能量测设备材料的力学性能的相关性的方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。