分析液壓式萬(wàn)能材料試驗機數控化系統研究論文
液壓萬(wàn)能材料試驗機可用于金屬材料和塑料、混凝土、水泥等非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗，己廣泛應用在我國的鋼鐵、建材、冶金、化工等行業(yè)。材料試驗機從最簡(jiǎn)單的祛碼加載到以數字化技術(shù)為特征的各種材料試驗機，在國外己有二百多年歷史，試驗機制造業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)獨立的行業(yè)，試驗機技術(shù)也成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標志之一。
1 系統硬件測試裝置研究
1。1 電子引伸計。金屬拉伸、壓縮、彎曲等試驗加載時(shí)都要求應力和應變相對應的數據對來(lái)完成準確的金屬材料的力學(xué)性能分析，同時(shí)標準中除了有應力速率的規定，還有應變速率和位移速率的要求，這些要求的實(shí)現不僅需要力傳感器，還需要測量試樣變形和位移的傳感器才能實(shí)現金屬與非金屬材料力學(xué)性能測試自動(dòng)化。電子引伸計是一種輕巧而精密，將軸向位移變形轉換成電壓輸出的傳感器。它的主要用途是測量微小線(xiàn)變形。它主要由電阻應變片、變形傳遞桿、彈性元件和刀刃等部件組成。目前使用的材料試驗機力傳感器發(fā)展較快，能夠滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展需要，而引伸計的性能要求因力學(xué)性能指標而異，有些要求高精度，有些則要求大量程135。一般來(lái)說(shuō)，電子引伸計的精度是最高的，例如國內新三思采用100000碼測量技術(shù)，使用美國進(jìn)口的Epsilon引伸計，滿(mǎn)量程應變可達100%，測量分辨率可以達到0。001微米，這樣在測量陶瓷、高強度鋼及混凝土的彈性模量時(shí)非常準確，但價(jià)格昂貴。目前國內引伸計滿(mǎn)量程應變超過(guò)60%的很少且一般抗沖擊性很差，不能跟蹤到試樣斷裂測量斷裂瞬時(shí)的延伸率（非金屬材料要求）。本系統的變形測量單元，由電子引伸計和相應的信號調理電路加上后續的與測力單元共用的數據采集板等構成。在本系統中，用戶(hù)可以根據試樣的形狀和尺寸、試驗方法與變形測量的準確度和要求來(lái)選擇和試驗機匹配的引伸計。例如：
l）橡膠等變形量較大的材料，使用光電編碼器的大變形引伸計比較合適；
2）薄膜、薄片等機械式引伸計無(wú)法夾持的材料，建議采用激光引伸計。激光引伸計的精度不高，最高的像MTS、EPsILON等也只有l微米，做變形量不大彈性模量非常高的試驗不滿(mǎn)足精度要求，所以要選擇使用。
3）在高溫環(huán)境下有專(zhuān)門(mén)的高溫電子引伸計，價(jià)格非常高。對此，一般國內采用引伸計連桿傳遞出來(lái)的方法。
1。2 位移傳感器。根據前述的電子引伸計的發(fā)展現狀，經(jīng)濟性好的國產(chǎn)引伸計一般不能跟蹤到試樣斷裂，這樣，后續的試樣斷裂前后的變形，一般用測量移動(dòng)橫梁位移的方法來(lái)補充繪制完整的應力一應變曲線(xiàn)。位移傳感器只是用來(lái)測量橫梁的位移，不作為力學(xué)性能指標的判斷依據，所以一般在系統中，位移傳感器可有可無(wú)。如果選擇，只要滿(mǎn)足位置測量的允許誤差±0。5%就可以。相對于夾式引伸計來(lái)說(shuō)，位移傳感器測量的是大位移和大變形，在試驗機中往往裝在液壓缸的中心部位，并且精度要求不太高。本系統采用WDL系列直滑式導電塑料電位計作為位移傳感器，在選擇時(shí)，只要橫梁的位移不超出傳感器的機械行程就可以。
在試驗機數控系統中選擇電位計式位移傳感器，因為它具有一些獨特的優(yōu)點(diǎn)：1）便于測量大位移；2）結構簡(jiǎn)單，重量輕；3）有相對高的精度和穩定性，受外界條件（溫度、濕度）影響較小。
2 采集部分軟件數據分析策略
由于力學(xué)性能值無(wú)須在加載過(guò)程實(shí)時(shí)分析得出，所以為了保證結果更準確，同時(shí)避免實(shí)時(shí)分析會(huì )給高速采集增加不必要的負擔，本系統采取在采集數據結束后，通過(guò)回調高速采集時(shí)存儲的數據來(lái)進(jìn)行分析判斷的方法。力學(xué)性能指標數據分析思路：系統在試驗類(lèi)型確定的基礎上，依據參數設置中用戶(hù)提供的材料類(lèi)型，用力一變形數據（或應力一應變數據）分別判斷各項力學(xué)性能指標，如果用戶(hù)不能將試樣的材料類(lèi)型分類(lèi)，則程序先要據采集的數據進(jìn)行材料歸類(lèi)。下一步系統根據材料類(lèi)型的不同，判別各種類(lèi)型材料的不同階段，進(jìn)而得出不同階段的力學(xué)性能指標數據。金屬試驗的拉伸、壓縮、彎曲和剪切，一般拉伸最常用，壓縮次之。而彎曲和剪切試驗的應用范圍有限，一般僅限于特定行業(yè)和產(chǎn)品，且要判定的力學(xué)性能指標應用范圍較窄。例如，彎曲主要測定彎曲的最大應力—彎曲強度和最大應變，來(lái)最為該產(chǎn)品材料抗彎曲能力的依據和是否合格的標準：剪切主要要得到剪切彈性模量和剪切強度，它用來(lái)判定產(chǎn)品承受剪切的能力。拉伸判斷得到的力學(xué)性能指標可以作為一般應用的材料和產(chǎn)品的判定依據，應用范圍廣，所以最常用。壓縮試驗也可以得到屈服強度等指標，但采用它只是為得到與壓縮相關(guān)的指標時(shí)才采用。在壓縮、彎曲和剪切過(guò)程中，我們均可以用與拉伸相似的分析方法得到相應的彈性模量和最大強度等指標。所以，以下主要以拉伸試驗中的指標分析策略來(lái)說(shuō)明。
在主界面的分析中，己經(jīng)闡明系統運行時(shí)，要求用戶(hù)能夠提供準確的材料類(lèi)型，屬于有明顯屈服塑性材料、無(wú)明顯屈服塑性材料和脆性材料的哪一種，如果不能肯定或無(wú)法歸類(lèi)的話(huà)，可以選擇其它材料的選項。在系統中它將被自動(dòng)歸類(lèi)。那么，與此相對應，本系統在金屬性能的判定中分析的方法是根據材料類(lèi)型來(lái)判斷的。
本系統中利用動(dòng)態(tài)庫的導出機制很好的實(shí)現了Labwindows/CvI6。0與第三方圖像采集片之間的通信，為下一步的圖像分析工作奠定了基礎。充分利用了DLL模塊，便于程序的二次開(kāi)發(fā)應用，縮短軟件系統開(kāi)發(fā)周期。從根本上來(lái)說(shuō)，不管是數據采集卡還是圖像采集卡或者是其它的外部模塊，只要提供了本方法討論的文件條件，即可實(shí)現Labiwndows/CVI對外部模塊的調用，從而使該系統既可利用現有的軟件外部模塊或較便宜的硬件系統，又可充分利用Cvl強大的測控功能。
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