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分析液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)數(shù)控化系統(tǒng)研究論文
液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)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(yàn)，己廣泛應(yīng)用在我國(guó)的鋼鐵、建材、冶金、化工等行業(yè)。材料試驗(yàn)機(jī)從最簡(jiǎn)單的祛碼加載到以數(shù)字化技術(shù)為特征的各種材料試驗(yàn)機(jī)，在國(guó)外己有二百多年歷史，試驗(yàn)機(jī)制造業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)，試驗(yàn)機(jī)技術(shù)也成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。
1 系統(tǒng)硬件測(cè)試裝置研究
1。1 電子引伸計(jì)。金屬拉伸、壓縮、彎曲等試驗(yàn)加載時(shí)都要求應(yīng)力和應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)來(lái)完成準(zhǔn)確的金屬材料的力學(xué)性能分析，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中除了有應(yīng)力速率的規(guī)定，還有應(yīng)變速率和位移速率的要求，這些要求的實(shí)現(xiàn)不僅需要力傳感器，還需要測(cè)量試樣變形和位移的傳感器才能實(shí)現(xiàn)金屬與非金屬材料力學(xué)性能測(cè)試自動(dòng)化。電子引伸計(jì)是一種輕巧而精密，將軸向位移變形轉(zhuǎn)換成電壓輸出的傳感器。它的主要用途是測(cè)量微小線變形。它主要由電阻應(yīng)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(yàn)機(jī)力傳感器發(fā)展較快，能夠滿足工業(yè)發(fā)展需要，而引伸計(jì)的性能要求因力學(xué)性能指標(biāo)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(jì)的精度是最高的，例如國(guó)內(nèi)新三思采用100000碼測(cè)量技術(shù)，使用美國(guó)進(jìn)口的Epsilon引伸計(jì)，滿量程應(yīng)變可達(dá)100%，測(cè)量分辨率可以達(dá)到0。001微米，這樣在測(cè)量陶瓷、高強(qiáng)度鋼及混凝土的彈性模量時(shí)非常準(zhǔn)確，但價(jià)格昂貴。目前國(guó)內(nèi)引伸計(jì)滿量程應(yīng)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(cè)量斷裂瞬時(shí)的延伸率（非金屬材料要求）。本系統(tǒng)的變形測(cè)量單元，由電子引伸計(jì)和相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路加上后續(xù)的與測(cè)力單元共用的數(shù)據(jù)采集板等構(gòu)成。在本系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)試樣的形狀和尺寸、試驗(yàn)方法與變形測(cè)量的準(zhǔn)確度和要求來(lái)選擇和試驗(yàn)機(jī)匹配的引伸計(jì)。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(jì)比較合適；
2）薄膜、薄片等機(jī)械式引伸計(jì)無(wú)法夾持的材料，建議采用激光引伸計(jì)。激光引伸計(jì)的精度不高，最高的像MTS、EPsILON等也只有l(wèi)微米，做變形量不大彈性模量非常高的試驗(yàn)不滿足精度要求，所以要選擇使用。
3）在高溫環(huán)境下有專門(mén)的高溫電子引伸計(jì)，價(jià)格非常高。對(duì)此，一般國(guó)內(nèi)采用引伸計(jì)連桿傳遞出來(lái)的方法。
1。2 位移傳感器。根據(jù)前述的電子引伸計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，經(jīng)濟(jì)性好的國(guó)產(chǎn)引伸計(jì)一般不能跟蹤到試樣斷裂，這樣，后續(xù)的試樣斷裂前后的變形，一般用測(cè)量移動(dòng)橫梁位移的方法來(lái)補(bǔ)充繪制完整的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。位移傳感器只是用來(lái)測(cè)量橫梁的位移，不作為力學(xué)性能指標(biāo)的判斷依據(jù)，所以一般在系統(tǒng)中，位移傳感器可有可無(wú)。如果選擇，只要滿足位置測(cè)量的允許誤差±0。5%就可以。相對(duì)于夾式引伸計(jì)來(lái)說(shuō)，位移傳感器測(cè)量的是大位移和大變形，在試驗(yàn)機(jī)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(tǒng)采用WDL系列直滑式導(dǎo)電塑料電位計(jì)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(jī)械行程就可以。
在試驗(yàn)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中選擇電位計(jì)式位移傳感器，因?yàn)樗哂幸恍┆?dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1）便于測(cè)量大位移；2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕；3）有相對(duì)高的精度和穩(wěn)定性，受外界條件（溫度、濕度）影響較小。
2 采集部分軟件數(shù)據(jù)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(jié)果更準(zhǔn)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(fù)擔(dān)，本系統(tǒng)采取在采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，通過(guò)回調(diào)高速采集時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析判斷的方法。力學(xué)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)分析思路：系統(tǒng)在試驗(yàn)類型確定的基礎(chǔ)上，依據(jù)參數(shù)設(shè)置中用戶提供的材料類型，用力一變形數(shù)據(jù)（或應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)）分別判斷各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，如果用戶不能將試樣的材料類型分類，則程序先要據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行材料歸類。下一步系統(tǒng)根據(jù)材料類型的不同，判別各種類型材料的不同階段，進(jìn)而得出不同階段的力學(xué)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)。金屬試驗(yàn)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(yàn)的應(yīng)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(biāo)應(yīng)用范圍較窄。例如，彎曲主要測(cè)定彎曲的最大應(yīng)力—彎曲強(qiáng)度和最大應(yīng)變，來(lái)最為該產(chǎn)品材料抗彎曲能力的依據(jù)和是否合格的標(biāo)準(zhǔn)：剪切主要要得到剪切彈性模量和剪切強(qiáng)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(biāo)可以作為一般應(yīng)用的材料和產(chǎn)品的判定依據(jù)，應(yīng)用范圍廣，所以最常用。壓縮試驗(yàn)也可以得到屈服強(qiáng)度等指標(biāo)，但采用它只是為得到與壓縮相關(guān)的指標(biāo)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(yīng)的彈性模量和最大強(qiáng)度等指標(biāo)。所以，以下主要以拉伸試驗(yàn)中的指標(biāo)分析策略來(lái)說(shuō)明。
在主界面的分析中，己經(jīng)闡明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要求用戶能夠提供準(zhǔn)確的材料類型，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)法歸類的話，可以選擇其它材料的選項(xiàng)。在系統(tǒng)中它將被自動(dòng)歸類。那么，與此相對(duì)應(yīng)，本系統(tǒng)在金屬性能的判定中分析的方法是根據(jù)材料類型來(lái)判斷的。
本系統(tǒng)中利用動(dòng)態(tài)庫(kù)的導(dǎo)出機(jī)制很好的實(shí)現(xiàn)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(chǔ)。充分利用了DLL模塊，便于程序的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用，縮短軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。從根本上來(lái)說(shuō)，不管是數(shù)據(jù)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(xiàn)Labiwndows/CVI對(duì)外部模塊的調(diào)用，從而使該系統(tǒng)既可利用現(xiàn)有的軟件外部模塊或較便宜的硬件系統(tǒng)，又可充分利用Cvl強(qiáng)大的測(cè)控功能。
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