【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及力學與工程，特別是涉及一種考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置及方法。
技術介紹
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術相關的
技術介紹
信息，不必然構成在先技術。
2、碰撞問題是力學研究的最基本問題之一，剛體碰撞在日常生活中隨處可見，例如常見的落石碰撞、顆粒物碰撞等。剛體間的碰撞行為會顯著改變剛體的運動狀態，在對碰撞過程進行數值模擬時，常用的力學模型分為兩類，一種是通過連續接觸力模型改變力來模擬碰撞行為，另一種方式是忽略碰撞過程，直接考慮碰撞前后系統物理量(速度、沖量或能量)的變化，而這兩種方式的實現都與碰撞恢復系數密切相關，所以恢復系數對于碰撞行為的預測具有很大的作用，對碰撞恢復系數的精確測量有助于更準確預測剛體的力學行為及現象。
3、碰撞恢復系數是反映碰撞體碰撞前后的物理參數，其受材質、碰撞角度、沖擊速度等多個因素的影響。常見的恢復系數有newton恢復系數、poisson恢復系數、stronge恢復系數與hedrih恢復系數。現有的測量恢復系數的實驗大多是顆粒與平面的newton恢復系數的測量，而且大多測量過程較為簡潔，對于恢復系數的精確測量還有待進一步提升的空間。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術提出了一種考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置及方法，能夠模擬不同的材質的金屬與不同形狀的平面剛體的碰撞，能夠測量求解多種恢復系數，提高恢復系數的測量精確度。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技
3、第一方面，本專利技術提供一種考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，包括底板和框架，框架通過支座與底板相連接，支座成對設置在底板的兩端；
4、支座上設有第一夾具，第一夾具用于卡住兩個平行放置的亞克力板，兩個平行放置的亞克力板之間設有縫隙；
5、在底板的兩端、兩個支座之間設有升降臺，升降臺上設有斜面板，斜面板位于兩個平行放置的亞克力板之間，斜面板上設有斜面支撐條；
6、框架的頂部、兩個平行放置的亞克力板的縫隙的上方設有第二夾具，第二夾具用于夾住待釋放的剛體。
7、作為可選擇的實施方式，所述斜面板可以兩端均搭載在升降臺上，也可以一端搭載在升降臺上，另一端固定在支座上，通過調節升降臺的高度控制斜面板的傾斜角度。
8、作為可選擇的實施方式，所述斜面支撐條為不同的材質的金屬條，用于模擬不同的材質的金屬與不同形狀的平面剛體的碰撞。
9、作為可選擇的實施方式，所述待釋放的剛體為不同形狀的剛體，通過第二夾具調整其位置姿態。
10、作為可選擇的實施方式，其還包括高速相機，用來拍攝剛體碰撞斜面支撐條的完整畫面。
11、第二方面，本專利技術提供一種考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗方法，包括以下步驟：
12、s1：組裝剛體碰撞實驗平臺，將被實驗的剛體裝夾到框架頂部的第二夾具上，并調整其位置姿態；
13、s2：調整高速相機位置使其拍攝到剛體碰撞斜面支撐條的完整畫面，調整相機幀率，當剛體從第二夾具上釋放時開始視頻的錄制過程；
14、s3：將視頻從高速相機中導入到軟件tracker中，通過tracker軟件對剛體的質心位置、速度以及加速度進行追蹤并輸出結果；
15、s4：剛體做二維運動不含轉動發生碰撞時，其質心速度與碰撞點的速度是相同的，碰撞點碰撞前后的相對速度可以通過取前后幾幀的質心速度做平均值，從而得到其相對碰撞速度帶入newton恢復系數的公式即可求得恢復系數；
16、s5：剛體做二維運動含轉動發生碰撞時，首先通過tracker軟件得出剛體質心的速度，基于剛體質心的速度求出碰撞點的速度，計算出碰撞點前后的相對速度后，將其帶入newton恢復系數公式中即可得到恢復系數。
17、作為可選擇的實施方式，基于剛體質心的速度求出碰撞點的速度，公式為：
18、va＝vo+ω×roa
19、其中，vo為質心的速度，roa為質心到碰撞接觸點的矢徑，ω為剛體轉動的角速度。
20、作為可選擇的實施方式，還可以計算possion恢復系數，具體步驟如下：
21、s1：組裝剛體碰撞實驗平臺，將被實驗的剛體裝夾到框架頂部的第二夾具上，并調整其位置姿態；
22、s2：調整高速相機位置使其拍攝到剛體碰撞斜面支撐條的完整畫面，調整相機幀率，當剛體從第二夾具上釋放時開始視頻的錄制過程；
23、s3：將視頻從高速相機中導入到軟件tracker中，通過tracker軟件對剛體的質心位置、速度以及加速度進行追蹤并輸出結果；
24、s4：剛體做二維運動時通過壓力傳感器檢測出碰撞時的最大沖擊力，將其作為壓縮階段終止時刻以及恢復階段初始時刻的力，由高速相機確定碰撞壓縮階段以及恢復階段的起始時間，中間時刻對應的力通過插值方法求解，最后算出碰撞恢復階段以及碰撞壓縮階段的沖量比值解出possion恢復系數。
25、作為可選擇的實施方式，possion恢復系數的計算公式為：
26、
27、其中，f為接觸力，tc為壓縮結束時間，te為整個碰撞過程結束時間，ts為碰撞行為起始時間。
28、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
29、本公開提出一種考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置及方法，通過兩個平行放置的亞克力板迫使剛體做平面的自由落體，使得物理量測量更加簡單，通過調節第二夾具在第六光杠上的位置控制剛體的落下的初始位置，通過調節第二夾具與剛體的夾持狀態能夠調節剛體的掉落姿態，斜面支撐條為不同的材質的金屬條，能夠模擬不同的材質的金屬與不同形狀的平面剛體的碰撞。在剛體碰撞過程中通過高速相機來記錄整個碰撞過程的視頻，利用軟件對視頻進行處理提取出剛體的質心位置、速度等參數，通過算法解出碰撞點前后的相對速度從而帶入公式求出牛頓和能量恢復系數。同時根據碰撞前后壓力變化可以求出poisson恢復系數。能夠測量求解多種恢復系數，提高恢復系數的測量精確度。
30、本專利技術附加方面的優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，包括底板和框架，所述框架通過支座與底板相連接，所述支座成對設置在底板的兩端；
2.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，所述斜面板可以兩端均搭載在升降臺上，也可以一端搭載在升降臺上，另一端固定在支座上，通過調節升降臺的高度控制斜面板的傾斜角度。
3.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，所述斜面支撐條為不同的材質的金屬條，用于模擬不同的材質的金屬與不同形狀的平面剛體的碰撞。
4.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，所述待釋放的剛體為不同形狀的剛體，通過第二夾具調整其位置姿態。
5.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，其還包括高速相機，用來拍攝剛體碰撞斜面支撐條的完整畫面。
6.考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.如權利要求6所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩
8.如權利要求6所述的一種計算多維剛體兩種碰撞恢復系數的實驗方法，其特征在于，還可以計算Possion恢復系數，具體步驟如下：
9.如權利要求8所述的一種計算多維剛體兩種碰撞恢復系數的實驗方法，其特征在于，Possion恢復系數的計算公式為：
...【技術特征摘要】
1.考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，包括底板和框架，所述框架通過支座與底板相連接，所述支座成對設置在底板的兩端；
2.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，所述斜面板可以兩端均搭載在升降臺上，也可以一端搭載在升降臺上，另一端固定在支座上，通過調節升降臺的高度控制斜面板的傾斜角度。
3.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，所述斜面支撐條為不同的材質的金屬條，用于模擬不同的材質的金屬與不同形狀的平面剛體的碰撞。
4.如權利要求1所述的考慮旋轉的計算多維剛體兩種恢復系數的實驗裝置，其特征在于，所述待釋放的剛體為不同形狀的剛體，通過...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉彥平，程勇波，高俊平，張欣剛，姚文莉，
申請(專利權)人：青島理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。