材料緩沖性能測試系統(tǒng)設計

焦麗娟

摘 要：根據(jù)包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗方法，設計了材料緩沖性能的測試裝置，并基于Labview語言編寫了測試軟件。該測試系統(tǒng)能可靠采集并顯示瞬時沖擊信號；通過廣義多項式方法進行曲線擬合，得到被測材料的最大加速度-靜應力曲線和緩沖系數(shù)-最大應力曲線；采用高速數(shù)據(jù)流文件即時保持數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)寫入Access數(shù)據(jù)庫文件中，提高了數(shù)據(jù)的可操作性；測試系統(tǒng)能自動按照模板生成試驗報告；測試界面友好，便于操作。

關鍵詞：緩沖性能；Labview；測試系統(tǒng)

中圖分類號：TB484 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0089-03

Abstract： According to the dynamic compression test method of cushioning materials for packaging， a testing device for the cushioning performance of packaging materials was designed， and the testing software was compiled based on Labview language. The test system can reliably collect and display the instantaneous shock signal， and through the curve fitting with the generalized polynomial method， the maximum acceleration-static stress curve and the cushion-maximum stress curve of the tested material can be obtained. The high speed data stream file is used to keep the data instantly， and the processed data is written into the Access database file， which improves the maneuverability of the data； the test system can automatically generate the test report according to the template； the test interface is user-friendly and easy to operate.

Keywords： buffer performance； Labview； testing system

1 概述

產(chǎn)品在流通過程中會因跌落或碰撞等原因遭受振動和沖擊，因此需在包裝中添加緩沖材料對產(chǎn)品進行緩沖保護。采用自由跌落的重錘對緩沖包裝材料施加沖擊載荷，模擬其在運輸過程中受到的沖擊作用，即動態(tài)壓縮試驗，可獲得材料的緩沖性能曲線，為設計緩沖包裝提供重要的依據(jù)。為快速有效的獲得材料的緩沖特性，設計了材料緩沖性能測試裝置，并開發(fā)了測試軟件。

2 測試方法

根據(jù)GB8167-2008《包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗方法》，準備5組不同質(zhì)量的重錘，試驗將25塊試樣平均分成5組，對1組中的各塊試樣進行逐塊沖擊，每塊試樣沖擊5次，記錄每次沖擊的加速度-時間曲線，對后4次沖擊的最大加速度值取平均作為該塊試樣的最大加速度值，然后對該組5塊試樣的最大加速度值取平均作為該重錘質(zhì)量沖擊下試樣的最大加速度，然后改變重錘質(zhì)量對下一組試樣進行沖擊。

取得5組最大加速度值后，根據(jù)公式（1）、公式（2）計算出五組最大加速度值對應的靜應力值？滓st、緩沖系數(shù)C及最大靜應力值？滓m。

（1）

（2）

式中：？著m-被測材料的最大應變；W-重錘質(zhì)量；A-被測材料的面積；H-重錘跌落高度；T-被測材料的厚度；Gm-最大加速度值。

3 硬件系統(tǒng)設計

根據(jù)以上測試方法，硬件系統(tǒng)設計如圖1所示。試驗時，在沖擊試驗機的滑臺添加一定質(zhì)量的砝碼，然后提升滑臺到設定高度，收到計算機發(fā)出的開始試驗指令后，提升掛鉤脫鉤，滑臺開始做自由落體運動沖擊試樣，滑臺上的加速度傳感器對該過程中的加速度值進行采集，經(jīng)放大器放大后由數(shù)據(jù)采集卡采集送入計算機由軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。

4 軟件系統(tǒng)設計

軟件系統(tǒng)設計以Labview為開發(fā)平臺，根據(jù)測試方法，軟件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、曲線擬合模塊、文件管理模塊和試驗報告生成模塊。

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊是Labview的核心技術之一，也是Labview與其它編程語言相比的優(yōu)勢所在。該模塊采用Call Library Function Node節(jié)點直接調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡生產(chǎn)商提供的庫函數(shù)形式的驅(qū)動程序，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動。數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖如圖2所示。

每次試驗設置的數(shù)據(jù)采集時間為5s，5s內(nèi)會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量，而每次試驗中只需測得該次試驗過程中的最大加速度值，因此通過數(shù)組最大最小值函數(shù)查找出最大加速度值后，再以最大加速度值為中心，取1000個數(shù)據(jù)點，用于在前面板中顯示該次試驗的加速度-時間曲線。

4.2 數(shù)據(jù)處理模塊

要進行數(shù)據(jù)處理，首先需要將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中提取出來，用SQL Execute.VI分別執(zhí)行“Select From Configtes”和“Select From TestAnalysis”語句，其中Configtes為數(shù)據(jù)庫中存放參數(shù)配置的表，TestAnalysis為數(shù)據(jù)庫中存放最大加速度值的表，然后通過索引數(shù)組函數(shù)分別將相關參數(shù)和最大加速度值提取出來。

根據(jù)測試方法，通過for循環(huán)計算每組試樣的最大加速度值，然后根據(jù)公式（1）和公式（2）分別計算出5組試樣最大加速度值對應的靜應力值和緩沖系數(shù)C及其對應的最大應力值。數(shù)據(jù)處理模塊程序框圖如圖3所示。

4.3 曲線擬合模塊

曲線擬合模塊采用廣義多項式擬合法，多項式擬合是指在函數(shù)關系y=f（x）不知道的情況下，根據(jù)n對原始數(shù)據(jù)找出一個含有（k+1）個參數(shù)的k階多項式。為了擬合出光滑的曲線，數(shù)據(jù)處理模塊輸出的5組（X，Y）值顯然是不夠的，因此還需進行插值運算。本程序中，在5組原始數(shù)據(jù)的基礎上，通過插值運算，分別求出了100組數(shù)據(jù)，然后基于這些數(shù)據(jù)擬合出了最大加速度-靜應力曲線和緩沖系數(shù)-最大應力曲線，程序框圖分別見圖4和圖5。

4.4 文件管理模塊

在測試系統(tǒng)中，需要將一些配置信息和采集到的數(shù)據(jù)以一定形式存儲在文件中。本測試系統(tǒng)采用了TDMS（高速數(shù)據(jù)流）文件和Access文件來保存試驗中的數(shù)據(jù)。

由于在數(shù)據(jù)采集過程中會產(chǎn)生非常龐大的數(shù)據(jù)量，TDMS文件是Labview中讀寫速度最快的文件形式，非常適合用來存儲數(shù)量龐大的測試數(shù)據(jù)。因此本程序中，就采用TDMS文件來存儲采集到的數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)則寫入到Access數(shù)據(jù)庫中。

4.5 試驗報告生成模塊

試驗報告生成模塊利用Labview reporter generation toolkit工具來生成格式為.doc的試驗報告，在該程序中可以對試驗報告的內(nèi)容、排版、字體等進行定義。

5 測試示例

準備25塊EPE試樣，進行動態(tài)壓縮試驗。如圖6所示，將試驗相關參數(shù)輸入?yún)?shù)配置面板。

在軟件試驗測試界面進行測試，如圖7所示，選擇第X組第X塊第X次，完成后顯示該次測試的加速度-時間曲線。測試完成后點擊曲線擬合按鈕，進入曲線擬合界面。

如圖8所示，曲線擬合界面可以在最大加速度-靜應力曲線和緩沖系數(shù)-最大應力曲線兩個面板之間切換，在擬合之前可以選擇擬合階數(shù)和是否顯示原始數(shù)據(jù)。

曲線擬合完成后，點擊生成試驗報告按鈕，即可生成.doc格式的試驗報告，如圖9所示，可以選擇打印或者路徑進行存儲。

6 結(jié)束語

本測試系統(tǒng)測試界面合理易懂，便于試驗者進行操作，結(jié)果明了，有效地提高了材料緩沖性能測試的效率。

參考文獻：

[1]薛飛，張煒.跌落沖擊試驗機的控制和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)[J].包裝工程，2013，34（23）：54-59.

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