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分析液壓式萬能材料試驗機數控化系統研究

作者:2017-06-17 17:06文章來源:未知

  液壓萬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。材料試驗機從最簡單的祛碼加載到以數字化技術為特征的各種材料試驗機,在國外己有二百多年歷史,試驗機制造業已經成為一個獨立的行業,試驗機技術也成為一個國家工業發展水平的標志之一。

  1 系統硬件測試裝置研究

  1.1 電子引伸計。金屬拉伸、壓縮、彎曲等試驗加載時都要求應力和應變相對應的數據對來完成準確的金屬材料的力學性能分析,同時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現金屬與非金屬材料力學性能測試自動化。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展較快,能夠滿足工業發展需要,而引伸計的性能要求因力學性能指標而異,有些要求高精度,有些則要求大量程135。一般來說,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,使用美國進口的Epsilon引伸計,滿量程應變可達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非常準確,但價格昂貴。目前國內引伸計滿量程應變超過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足精度要求,所以要選擇使用。3)在高溫環境下有專門的高溫電子引伸計,價格非常高。對此,一般國內采用引伸計連桿傳遞出來的方法。

  1.2 位移傳感器。根據前述的電子引伸計的發展現狀,經濟性好的國產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,一般用測量移動橫梁位移的方法來補充繪制完整的應力一應變曲線。位移傳感器只是用來測量橫梁的位移,不作為力學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。如果選擇,只要滿足位置測量的允許誤差±0.5%就可以。相對于夾式引伸計來說,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,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點:1)便于測量大位移;2)結構簡單,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

  由于力學性能值無須在加載過程實時分析得出,所以為了保證結果更準確,同時避免實時分析會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,通過回調高速采集時存儲的數據來進行分析判斷的方法。力學性能指標數據分析思路:系統在試驗類型確定的基礎上,依據參數設置中用戶提供的材料類型,用力一變形數據(或應力一應變數據)分別判斷各項力學性能指標,如果用戶不能將試樣的材料類型分類,則程序先要據采集的數據進行材料歸類。下一步系統根據材料類型的不同,判別各種類型材料的不同階段,進而得出不同階段的力學性能指標數據。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和產品,且要判定的力學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,來最為該產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,它用來判定產品承受剪切的能力。拉伸判斷得到的力學性能指標可以作為一般應用的材料和產品的判定依據,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的指標時才采用。在壓縮、彎曲和剪切過程中,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說明。

  在主界面的分析中,己經闡明系統運行時,要求用戶能夠提供準確的材料類型,屬于有明顯屈服塑性材料、無明顯屈服塑性材料和脆性材料的哪一種,如果不能肯定或無法歸類的話,可以選擇其它材料的選項。在系統中它將被自動歸類。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型來判斷的。

  本系統中利用動態庫的導出機制很好的實現了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,便于程序的二次開發應用,縮短軟件系統開發周期。從根本上來說,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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