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  • 1 # 科技小升

    一、使用的延伸計結構及工作原理:

      應變片、變形傳遞杆、彈性元件、限位標距杆、刀刃和夾緊彈簧等。測量變形時,將引伸計裝卡於試件上,

      刀刃與試件接觸而感受兩刀刃間距內的伸長,透過變形杆使彈性元件產生應變,應變片將其轉換為電阻變化量,再用適當的測量放大電路轉換為電壓訊號。

      二、電子萬能試驗機使用的延伸計計使用方法

      1、對於WDW-100配引伸計,首先將標距卡插入到限位杆和變形傳遞杆之間;對於CSS2210配引伸計,首先將定位銷插入定位孔內;

      2、用兩個手指夾住引伸計上下端部,將上下刀口中點接觸試件(試件測量部位),用彈簧卡或皮筋分別將引伸計的上下刀口固定在試件上;

      3、對於WDW-100配引伸計:取下標距卡;對於CSS2210配引伸計:取下定位銷;(切記:實驗前必須檢查,以免造成引伸計損壞)

      4、在試驗機控制軟體〖實驗條件選擇〗介面,對於WDW100選擇變形測量方式:引伸計;對於CSS-2210選擇曲線跟蹤方式是載荷-變形曲線;

      5、引伸計訊號顯示調零;

      6、根據測量變形的大小選擇放大器衰減檔。

      延伸計引伸計是感受試件變形的感測器,應變計式的引伸計由於原理簡單、安裝方便,目前是廣泛使用的一種型別。引伸計按測量物件,可分為軸向引伸計、橫向引伸計、夾式引伸計。

      徑向引伸計:用於檢測標準試件徑向收縮變形,它與軸向引伸計配合用來測定泊松比μ,它將徑向變形(或橫向某一方向的變形)變換成電量,再透過二次儀表測量、記錄或控制另一裝置。

      夾式引伸計用於檢測裂紋張開位移。夾式引伸計是斷裂力學實驗中最常用的儀器之一,它較多用在測定材料斷裂韌性實驗中。精度高,安裝方便、操作簡單。試件斷裂時引伸計能自動脫離試件,適合靜、動變形測量。

    一切的產品與裝置都是由各種不同效能的材料構成,它們在使用中會受到各種各樣的外力作用,自然就會產生各種各樣的變形,,但這種變形必須被限制在彈性範圍之內,否則產品的形狀將會發生永久變化,影響繼續使用,裝置的形狀也將發生變化,輕則造成加工零部件精度等級下降,重則造成零部件報廢,產生重大的質量事故。那麼如何確保變形是在彈性範圍內呢?從上面的分析已知材料的變形分為彈性變形與塑性變形兩個階段,只要找出這對已知材料的力學效能進行試驗與理論分析,人們總結出了採用屈服點、非比例應力兩個階段的轉折點,工程設計人員就可確保產品與裝置的可靠執行。 從上面的描述,可以看出準確求取屈服點在材料力學效能試驗中是非常重要的,在許多的時候,它的重要性甚至大於材料的極限強度值(極限強度是所有材料力學效能必需求取的指標之一),然而非常準確的求取它,在許多的時候又是一件不太容易的事。它受到許多因素的制約,歸納起來有: * 夾具的影響; * 試驗機測控環節的影響; * 結果處理軟體的影響; * 試驗人員理論水平的影響等。 這其中的每一種影響都包含了不同的方面。下面逐一進行分析 一、 夾具的影響 這類影響在試驗中發生的機率較高,主要表現為試樣夾持部分打滑或試驗機某些力值傳遞環節間存在較大的間隙等因素,它在舊機器上出現的機率較大。由於機器在使用一段時間後,各相對運動部件間會產生磨損現象,使得摩擦係數明顯降低,最直觀的表現為夾塊的鱗狀尖峰被磨平,摩擦力大幅度的減小。當試樣受力逐漸增大達到最大靜摩擦力時,試樣就會打滑,從而產生虛假屈服現象。如果以前使用該試驗機所作試驗屈服值正常,而現在所作試驗屈服值明顯偏低,且在某些較硬或者較脆的材料試驗時現象尤為明顯,則一般應首先考慮是這一原因。這時需及時進行裝置的大修,消除間隙,更換夾塊。 二、 試驗機測控環節的影響 試驗機測控環節是整個試驗機的核心,隨著技術的發展,目前這一環節基本上採用了各種電子電路實現自動測控。由於自動測控知識的深奧,結構的複雜,原理的不透明,一旦在產品的設計中考慮不周,就會對結果產生嚴重的影響,並且難以分析其原因。針對材料屈服點的求取最主要的有下列幾點: 1、感測器放大器頻帶太窄 由於目前試驗機上所採用的力值檢測元件基本上為載荷感測器或壓力感測器,而這兩類感測器都為模擬小訊號輸出型別,在使用中必須進行訊號放大。眾所周知,在我們的環境中,存在著各種各樣的電磁干擾訊號,這種干擾訊號會透過許多不同的渠道偶合到測量訊號中一起被放大,結果使得有用訊號被幹擾訊號淹沒。為了從干擾訊號中提取出有用訊號,針對材料試驗機的特點,一般在放大器中設定有低通濾波器。合理的設定低通濾波器的截止頻率,將放大器的頻帶限制在一個適當的範圍,就能使試驗機的測量控制性能得到極大的提高。然而在現實中,人們往往將資料的穩定顯示看的非常重要,而忽略了資料的真實性,將濾波器的截止頻率設定的非常低。這樣在充分濾掉干擾訊號的同時,往往把有用訊號也一起濾掉了。在日常生活中,我們常見的電子秤,資料很穩定,其原因之一就是它的頻帶很窄,干擾訊號基本不能透過。這樣設計的原因是電子秤稱量的是穩態訊號,對稱量的過渡過程是不關心的,而材料試驗機測量的是動態訊號,它的頻譜是非常寬的,若頻帶太窄,較高頻率的訊號就會被衰減或濾除,從而引起失真。對於屈服表現為力值多次上下波動的情況,這種失真是不允許的。就萬能材料試驗機而言,筆者認為這一頻帶最小也應大於10HZ,最好達到30HZ。在實際中,有時放大器的頻帶雖然達到了這一範圍,但人們往往忽略了A/D轉換器的頻頻寬度,以至於造成了實際的頻頻寬度小於設定頻寬。以眾多的試驗機資料採集系統選用的AD7705、AD7703、AD7701等為例。當A/D轉換器以“最高輸出資料速率4KHZ”執行時,它的模擬輸入處理電路達到最大的頻頻寬度10HZ。當以試驗機最常用的100HZ的輸出資料速率工作時,其模擬輸入處理電路的實際頻寬只有0.25HZ,這會把很多的有用訊號給丟失,如屈服點的力值波動等。用這樣的電路當然不能得到正確試驗結果。 2、資料採集速率太低 嚴格來說這需要許多的專用測試儀器及專業人員來完成。但透過下面介紹的簡單方法,可做出一個定性的認識。當一個系統的取樣解析度達到幾萬分之一以上,而顯示資料依然沒有波動或顯示資料具有明顯的滯後感覺時,基本可以確定它的通頻帶很窄或採樣速率很低。除非特殊場合(如:校驗試驗機力值精度的高精度標定儀),否則在試驗機上是不可使用的。 目前模擬訊號的資料採集是透過A/D轉換器來實現的。A/D轉換器的種類很多,但在試驗機上採用最多的是∑-△型A/D轉換器。這類轉換器使用靈活,轉換速率可動態調整,既可實現高速低精度的轉換,又可實現低速高精度的轉換。在試驗機上由於對資料的採集速率要求不是太高,一般達每秒幾十次到幾百次就可滿足需求,因而一般多采用較低的轉換速率,以實現較高的測量精度。但在某些廠家生產的試驗機上,為了追求較高的取樣解析度,以及極高的資料顯示穩定性,而將取樣速度降的很低,這是不可取的。因為當取樣速度很低時,對高速變化的訊號就無法實時準確採集。例如金屬材料效能試驗中,當材料發生屈服而力值上下波動時訊號變化就是如此,以至於不能準確求出上下屈服點,導致試驗失敗,結果丟了西瓜撿芝麻。 那麼如何判斷一個系統的頻頻寬窄以及取樣速率的高低呢? 3、控制方法使用不當 針對材料發生屈服時應力與應變的關係(發生屈服時,應力不變或產生上下波動,而應變則繼續增大)國標推薦的控制模式為恆應變控制,而在屈服發生前的彈性階段控制模式為恆應力控制,這在絕大多數試驗機及某次試驗中是很難完成的。因為它要求在剛出現屈服現象時改變控制模式,而試驗的目的本身就是為了要求取屈服點,怎麼可能以未知的結果作為條件進行控制切換呢?所以在現實中,一般都是用同一種控制模式來完成整個的試驗的(即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點切換,一般會選擇超前一點)。對於使用恆位移控制(速度控制)的試驗機,由於材料在彈性階段的應力速率與應變速率成正比關係,只要選擇合適的試驗速度,全程採用速度控制就可相容兩個階段的控制特性要求。但對於只有力控制一種模式的試驗機,如果試驗機的響應特別快(這是自動控制努力想要達到的目的),則屈服發生的過程時間就會非常短,如果資料採集的速度不夠高,則就會丟失屈服值(原因第2點已說明),優異的控制性能反而變成了產生誤差的原因。所以在選擇試驗機及控制方法時最好不要選擇單一的載荷控制模式。 三、 結果處理軟體的影響 目前生產的試驗機絕大部分都配備了不同型別的計算機(如PC機,微控制器等)),以完成標準或使用者定義的各類資料測試。與過去廣泛採用的圖解法相比有了非常大的進步。然而由於標準的滯後,原有的部分定義,就顯得不夠明確。如屈服點的定義,只有定性的解釋,而沒有定量的說明,很不適應計算機自動處理的需求。這就造成了: 1、判斷條件的各自設定 就屈服點而言(以金屬拉伸GB/T 228-2002為例)標準是這樣定義的: “屈服強度:當金屬材料呈現屈服現象時,在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點,應區分上屈服強度和下屈服強度。 上屈服強度:試樣發生屈服而力首次下降前的最高應力。 下屈服強度:在屈服期間,不計初始瞬時效應時的最低應力。” *上下屈服強度的疑問:若材料出現上下屈服點,則必然出現力值的上下波動,但這個波動的幅度是多少呢?國標未作解釋,若取的太小,可能將干擾誤求為上下屈服點,若取得太大,則可能將部分上下屈服點丟失。目前為了解決這一難題,各廠家都想了許多的辦法,如按材料進行分類定義“誤差帶”及“波動幅度”,這可以解決大部分的使用問題。但對不常見的材料及新材料的研究依然不能解決問題。為此部分廠家將“誤差帶”及“波動幅度”設計為使用者自定義引數,這從理論上解決了問題,但對使用者卻提出了極高的要求。 這個定義在過去使用圖解法時一般沒有什麼疑問,但在今天使用計算機處理資料時就產生了問題。 *屈服強度的疑問:如何理解“塑性變形發生而力不增加(保持恆定)”?由於各種干擾源的存在,即使材料在屈服階段真的力值保持絕對恆定(這是不可能的),計算機所採集的資料也不會絕對保持恆定,這就需要給出一個允許的資料波動範圍,由於國標未作定義,所以各個試驗機生產廠家只好自行定義。由於條件的不統一,所求結果自然也就有所差異。 2、對下屈服點定義中“不計初始瞬時效應”的誤解什麼叫“初始瞬時效應”?它是如何產生,是否所有的試驗都存在?這些問題國標都未作解釋。所以在求取下屈服強度時絕大多數的情況都是丟掉了第一個“下峰點”的。筆者經過多方查閱資料,瞭解到“初始瞬時效應”是早期生產的透過擺錘測力的試驗機所特有的一種現象,其原因是“慣性”作用的影響。既然不是所有的試驗機都存在初始瞬時的效應,所以在求取結果時就不能一律丟掉第一個下峰點。但事實上,大部分的廠家的試驗機處理程式都是丟掉了第一個下峰點的。 四、 試驗人員的影響 在試驗裝置已確定的情況下,試驗結果的優劣就完全取決於試驗人員的綜合素質。目前中國材料試驗機的操作人員綜合素質普遍不高,專業知識與理論水平普遍較為欠缺,再加上新概念、新名詞的不斷出現,使他們很難適應材料試驗的需求。在材料屈服強度的求取上常出現如下的問題: 1、將金屬材料的屈服點與塑膠類的屈服點混淆 由於金屬材料與塑膠的效能相差很大,其屈服的定義也有所不同。如金屬材料定義有屈服、上屈服、下屈服的概念。而塑膠只定義有屈服的概念。另外,金屬材料的屈服強度一定小於極限強度,而塑膠的屈服可能小於極限強度,也可能等於極限強度(兩者在曲線上為同一點)。由於對標準的不熟悉,往往在試驗結果的輸出方面產生一些不應有的錯誤,如將塑膠的屈服概念(上屈服)作為金屬材料的屈服概念(一般為下屈服)輸出,或將無屈服的金屬材料的最大強度按塑膠的屈服強度定義類推作為金屬材料屈服值輸出,產生金屬材料屈服值與最大值一致的笑話。

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