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分析液压式万能材料试验机数控化系统研究

作者:2017-06-17 17:06阅读:文章来源:未知

  液压万能材料试验机可用于金属材料和塑料、混凝土、水泥等非金属材料的拉伸、压缩、弯曲和剪切试验,己广泛应用在我国的钢铁、建材、冶金、化工等行业。材料试验机从最简单的祛码加载到以数字化技术为特征的各种材料试验机,在国外己有二百多年历史,试验机制造业已经成为一个独立的行业,试验机技术也成为一个国家工业发展水平的标志之一。

  1 系统硬件测试装置研究

  1.1 电子引伸计。金属拉伸、压缩、弯曲等试验加载时都要求应力和应变相对应的数据对来完成准确的金属材料的力学性能分析,同时标准中除了有应力速率的规定,还有应变速率和位移速率的要求,这些要求的实现不仅需要力传感器,还需要测量试样变形和位移的传感器才能实现金属与非金属材料力学性能测试自动化。电子引伸计是一种轻巧而精密,将轴向位移变形转换成电压输出的传感器。它的主要用途是测量微小线变形。它主要由电阻应变片、变形传递杆、弹性元件和刀刃等部件组成。目前使用的材料试验机力传感器发展较快,能够满足工业发展需要,而引伸计的性能要求因力学性能指标而异,有些要求高精度,有些则要求大量程135。一般来说,电子引伸计的精度是最高的,例如国内新三思采用100000码测量技术,使用美国进口的Epsilon引伸计,满量程应变可达100%,测量分辨率可以达到0.001微米,这样在测量陶瓷、高强度钢及混凝土的弹性模量时非常准确,但价格昂贵。目前国内引伸计满量程应变超过60%的很少且一般抗冲击性很差,不能跟踪到试样断裂测量断裂瞬时的延伸率(非金属材料要求)。本系统的变形测量单元,由电子引伸计和相应的信号调理电路加上后续的与测力单元共用的数据采集板等构成。在本系统中,用户可以根据试样的形状和尺寸、试验方法与变形测量的准确度和要求来选择和试验机匹配的引伸计。例如:l)橡胶等变形量较大的材料,使用光电编码器的大变形引伸计比较合适;2)薄膜、薄片等机械式引伸计无法夹持的材料,建议采用激光引伸计。激光引伸计的精度不高,最高的像MTSEPsILON等也只有l微米,做变形量不大弹性模量非常高的试验不满足精度要求,所以要选择使用。3)在高温环境下有专门的高温电子引伸计,价格非常高。对此,一般国内采用引伸计连杆传递出来的方法。

  1.2 位移传感器。根据前述的电子引伸计的发展现状,经济性好的国产引伸计一般不能跟踪到试样断裂,这样,后续的试样断裂前后的变形,一般用测量移动横梁位移的方法来补充绘制完整的应力一应变曲线。位移传感器只是用来测量横梁的位移,不作为力学性能指标的判断依据,所以一般在系统中,位移传感器可有可无。如果选择,只要满足位置测量的允许误差±0.5%就可以。相对于夹式引伸计来说,位移传感器测量的是大位移和大变形,在试验机中往往装在液压缸的中心部位,并且精度要求不太高。本系统采用WDL系列直滑式导电塑料电位计作为位移传感器,在选择时,只要横梁的位移不超出传感器的机械行程就可以。

  在试验机数控系统中选择电位计式位移传感器,因为它具有一些独特的优点:1)便于测量大位移;2)结构简单,重量轻;3)有相对高的精度和稳定性,受外界条件(温度、湿度)影响较小。

  2 采集部分软件数据分析策略

  由于力学性能值无须在加载过程实时分析得出,所以为了保证结果更准确,同时避免实时分析会给高速采集增加不必要的负担,本系统采取在采集数据结束后,通过回调高速采集时存储的数据来进行分析判断的方法。力学性能指标数据分析思路:系统在试验类型确定的基础上,依据参数设置中用户提供的材料类型,用力一变形数据(或应力一应变数据)分别判断各项力学性能指标,如果用户不能将试样的材料类型分类,则程序先要据采集的数据进行材料归类。下一步系统根据材料类型的不同,判别各种类型材料的不同阶段,进而得出不同阶段的力学性能指标数据。金属试验的拉伸、压缩、弯曲和剪切,一般拉伸最常用,压缩次之。而弯曲和剪切试验的应用范围有限,一般仅限于特定行业和产品,且要判定的力学性能指标应用范围较窄。例如,弯曲主要测定弯曲的最大应力弯曲强度和最大应变,来最为该产品材料抗弯曲能力的依据和是否合格的标准:剪切主要要得到剪切弹性模量和剪切强度,它用来判定产品承受剪切的能力。拉伸判断得到的力学性能指标可以作为一般应用的材料和产品的判定依据,应用范围广,所以最常用。压缩试验也可以得到屈服强度等指标,但采用它只是为得到与压缩相关的指标时才采用。在压缩、弯曲和剪切过程中,我们均可以用与拉伸相似的分析方法得到相应的弹性模量和最大强度等指标。所以,以下主要以拉伸试验中的指标分析策略来说明。

  在主界面的分析中,己经阐明系统运行时,要求用户能够提供准确的材料类型,属于有明显屈服塑性材料、无明显屈服塑性材料和脆性材料的哪一种,如果不能肯定或无法归类的话,可以选择其它材料的选项。在系统中它将被自动归类。那么,与此相对应,本系统在金属性能的判定中分析的方法是根据材料类型来判断的。

  本系统中利用动态库的导出机制很好的实现了Labwindows/CvI6.0与第三方图像采集片之间的通信,为下一步的图像分析工作奠定了基础。充分利用了DLL模块,便于程序的二次开发应用,缩短软件系统开发周期。从根本上来说,不管是数据采集卡还是图像采集卡或者是其它的外部模块,只要提供了本方法讨论的文件条件,即可实现Labiwndows/CVI对外部模块的调用,从而使该系统既可利用现有的软件外部模块或较便宜的硬件系统,又可充分利用Cvl强大的测控功能。

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