材料缓冲性能测试系统设计

焦丽娟

摘 要：根据包装用缓冲材料动态压缩试验方法，设计了材料缓冲性能的测试装置，并基于Labview语言编写了测试软件。该测试系统能可靠采集并显示瞬时冲击信号；通过广義多项式方法进行曲线拟合，得到被测材料的最大加速度-静应力曲线和缓冲系数-最大应力曲线；采用高速数据流文件即时保持数据，并将处理后的数据写入Access数据库文件中，提高了数据的可操作性；测试系统能自动按照模板生成试验报告；测试界面友好，便于操作。

关键词：缓冲性能；Labview；测试系统

中图分类号：TB484 文献标志码：A 文章编号：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

产品在流通过程中会因跌落或碰撞等原因遭受振动和冲击，因此需在包装中添加缓冲材料对产品进行缓冲保护。采用自由跌落的重锤对缓冲包装材料施加冲击载荷，模拟其在运输过程中受到的冲击作用，即动态压缩试验，可获得材料的缓冲性能曲线，为设计缓冲包装提供重要的依据。为快速有效的获得材料的缓冲特性，设计了材料缓冲性能测试装置，并开发了测试软件。

2 测试方法

根据GB8167-2008《包装用缓冲材料动态压缩试验方法》，准备5组不同质量的重锤，试验将25块试样平均分成5组，对1组中的各块试样进行逐块冲击，每块试样冲击5次，记录每次冲击的加速度-时间曲线，对后4次冲击的最大加速度值取平均作为该块试样的最大加速度值，然后对该组5块试样的最大加速度值取平均作为该重锤质量冲击下试样的最大加速度，然后改变重锤质量对下一组试样进行冲击。

取得5组最大加速度值后，根据公式（1）、公式（2）计算出五组最大加速度值对应的静应力值？滓st、缓冲系数C及最大静应力值？滓m。

（1）

（2）

式中：？着m-被测材料的最大应变；W-重锤质量；A-被测材料的面积；H-重锤跌落高度；T-被测材料的厚度；Gm-最大加速度值。

3 硬件系统设计

根据以上测试方法，硬件系统设计如图1所示。试验时，在冲击试验机的滑台添加一定质量的砝码，然后提升滑台到设定高度，收到计算机发出的开始试验指令后，提升挂钩脱钩，滑台开始做自由落体运动冲击试样，滑台上的加速度传感器对该过程中的加速度值进行采集，经放大器放大后由数据采集卡采集送入计算机由软件系统进行数据处理。

4 软件系统设计

软件系统设计以Labview为开发平台，根据测试方法，软件系统主要包括数据采集模块、数据处理模块、曲线拟合模块、文件管理模块和试验报告生成模块。

4.1 数据采集模块

数据采集模块是Labview的核心技术之一，也是Labview与其它编程语言相比的优势所在。该模块采用Call Library Function Node节点直接调用数据采集卡生产商提供的库函数形式的驱动程序，实现对数据采集卡的驱动。数据采集模块程序框图如图2所示。

每次试验设置的数据采集时间为5s，5s内会产生庞大的数据量，而每次试验中只需测得该次试验过程中的最大加速度值，因此通过数组最大最小值函数查找出最大加速度值后，再以最大加速度值为中心，取1000个数据点，用于在前面板中显示该次试验的加速度-时间曲线。

4.2 数据处理模块

要进行数据处理，首先需要将数据从数据库中提取出来，用SQL Execute.VI分别执行“Select From Configtes”和“Select From TestAnalysis”语句，其中Configtes为数据库中存放参数配置的表，TestAnalysis为数据库中存放最大加速度值的表，然后通过索引数组函数分别将相关参数和最大加速度值提取出来。

根据测试方法，通过for循环计算每组试样的最大加速度值，然后根据公式（1）和公式（2）分別计算出5组试样最大加速度值对应的静应力值和缓冲系数C及其对应的最大应力值。数据处理模块程序框图如图3所示。

4.3 曲线拟合模块

曲线拟合模块采用广义多项式拟合法，多项式拟合是指在函数关系y=f（x）不知道的情况下，根据n对原始数据找出一个含有（k+1）个参数的k阶多项式。为了拟合出光滑的曲线，数据处理模块输出的5组（X，Y）值显然是不够的，因此还需进行插值运算。本程序中，在5组原始数据的基础上，通过插值运算，分别求出了100组数据，然后基于这些数据拟合出了最大加速度-静应力曲线和缓冲系数-最大应力曲线，程序框图分别见图4和图5。

4.4 文件管理模块

在测试系统中，需要将一些配置信息和采集到的数据以一定形式存储在文件中。本测试系统采用了TDMS（高速数据流）文件和Access文件来保存试验中的数据。

由于在数据采集过程中会产生非常庞大的数据量，TDMS文件是Labview中读写速度最快的文件形式，非常适合用来存储数量庞大的测试数据。因此本程序中，就采用TDMS文件来存储采集到的数据，其他数据则写入到Access数据库中。

4.5 试验报告生成模块

试验报告生成模块利用Labview reporter generation toolkit工具来生成格式为.doc的试验报告，在该程序中可以对试验报告的内容、排版、字体等进行定义。

5 测试示例

准备25块EPE试样，进行动态压缩试验。如图6所示，将试验相关参数输入参数配置面板。

在软件试验测试界面进行测试，如图7所示，选择第X组第X块第X次，完成后显示该次测试的加速度-时间曲线。测试完成后点击曲线拟合按钮，进入曲线拟合界面。

如图8所示，曲线拟合界面可以在最大加速度-静应力曲线和缓冲系数-最大应力曲线两个面板之间切换，在拟合之前可以选择拟合阶数和是否显示原始数据。

曲线拟合完成后，点击生成试验报告按钮，即可生成.doc格式的试验报告，如图9所示，可以选择打印或者路径进行存储。

6 结束语

本测试系统测试界面合理易懂，便于试验者进行操作，结果明了，有效地提高了材料缓冲性能测试的效率。

参考文献：

[1]薛飞，张炜.跌落冲击试验机的控制和数据采集处理系统[J].包装工程，2013，34（23）：54-59.

[2]彭国勋，潘松年.运输包装[M].北京：印刷工业出版社，1999.

[3]陈锡辉，张银鸿.Labview8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.