概述

測(cè)定材料的力學(xué)性能的主要設(shè)備是材料試驗(yàn)機(jī)。常用的材料試驗(yàn)機(jī)有拉力試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)等。能兼作拉伸、壓縮、剪切、彎曲等多種實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)稱為萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)加力的性質(zhì)可分為靜荷試驗(yàn)機(jī)和動(dòng)荷試驗(yàn)機(jī)。供靜力實(shí)驗(yàn)用的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)有液壓式、機(jī)械式、電子式等類型。本實(shí)驗(yàn)著重了解和掌握液壓式和電子式兩種類型的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，要求：
（1）了解萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和工作原理；
（2）學(xué)會(huì)試件的安裝、測(cè)力度盤指針的調(diào)零和量程的選?。?br /> （3）掌握操作規(guī)程，學(xué)會(huì)獨(dú)立操作萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

一、液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)
 

圖一

為介紹液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，現(xiàn)以國(guó)產(chǎn)WE系列為例。圖1為這一系列中最常見的WE-100A、300、600試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。現(xiàn)分別介紹其加載系統(tǒng)和測(cè)力系統(tǒng)。

（一）加載系統(tǒng)

在底座1上由兩根固定立柱5和固定橫梁12組成承載框架。工作油缸13固定于框架上。在工作油缸的工作活塞14上，支承著由上橫梁15、活動(dòng)立柱10和活動(dòng)平臺(tái)8組成的活動(dòng)框架。當(dāng)油泵35啟動(dòng)時(shí)，油液通過(guò)送油閥16，經(jīng)送油管17進(jìn)入工作油缸，把工作活塞連同活動(dòng)平臺(tái)一同頂起。這樣，如把試樣安裝于上夾頭7和下夾頭6之間，由于下夾頭固定，上夾頭隨活動(dòng)平臺(tái)上升，試樣將受到拉伸。若把試樣置放于兩個(gè)承壓墊板11之間，或?qū)⑹軓澰嚇又梅庞趦蓚€(gè)彎曲支座9上，則因固定橫梁不動(dòng)而活動(dòng)平臺(tái)上升，試樣將分別受到壓縮或彎曲。此外，實(shí)驗(yàn)開始前如欲調(diào)整上、下夾頭之間的距離，則可開動(dòng)調(diào)位電機(jī)3，驅(qū)動(dòng)螺桿4，便可使下夾頭上升或下降。但調(diào)位電機(jī)不能用來(lái)給試樣施加拉力。

（二）測(cè)力系統(tǒng)

加載時(shí)，開動(dòng)油泵電機(jī)，打開送油閥16，油泵把油液送入工作油缸13頂起工作活塞14給試樣加載；同時(shí)，油液經(jīng)回油管18及測(cè)力油管33（這時(shí)回油閥19是關(guān)閉的，油液不能流回油箱34），進(jìn)入測(cè)力油缸32，壓迫測(cè)力活塞31、使它帶動(dòng)拉桿27向下移動(dòng)，，從而迫使擺桿28和擺錘29連同推桿25繞支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)。推桿偏轉(zhuǎn)時(shí)，推動(dòng)齒桿24作水平移動(dòng)，于是驅(qū)動(dòng)示力盤的指針齒輪，使示力指針23繞示力度盤22的中心旋轉(zhuǎn)。示力指針旋轉(zhuǎn)的角度與測(cè)力油缸活塞上的總壓力（即拉桿27所受拉力）成正比。因?yàn)闇y(cè)力油缸和工作油缸中油壓壓強(qiáng)相同，兩個(gè)油缸活塞上的總壓力成正比（活塞面積之比）。這樣，示力指針的轉(zhuǎn)角便與工作油缸活塞上的總壓力，亦即試樣所受載荷成正比。經(jīng)過(guò)標(biāo)定便可使指針在示力度盤上直接指示載荷的大小。

試驗(yàn)機(jī)一般配有重量不同的擺錘，可供選擇。對(duì)重量不同的擺錘，使示力指針轉(zhuǎn)同樣的轉(zhuǎn)角，所需油壓并不相同，即載荷并不相同。所以，示力度盤上由刻度表示的測(cè)力范圍應(yīng)與擺錘的重量相匹配。以WE－300試驗(yàn)機(jī)為例，它配有A、B、C三種擺錘。擺錘A對(duì)應(yīng)的測(cè)力范圍為0～60kN，A＋B對(duì)應(yīng)0～150kN，A＋B＋C對(duì)應(yīng)0～300kN。
開動(dòng)油泵電機(jī)，送油閥開啟的大小可以調(diào)節(jié)油液進(jìn)入工作油缸的快慢，因而可用以控制增加載荷的速度。開啟回油閥19，可使工作油缸中的油液經(jīng)回油管18泄回油箱34，從而卸減試樣所受載荷。

實(shí)驗(yàn)開始前，為消除活動(dòng)框架等的自重影響，應(yīng)開動(dòng)油泵送油，將活動(dòng)平臺(tái)升高10mm左右。然后調(diào)節(jié)測(cè)力部分的平衡鉈26，使擺桿28保持垂直位置，并使示力指針指在零點(diǎn)。
試驗(yàn)機(jī)上一般還有自動(dòng)繪圖裝置。它的工作原理是，活動(dòng)平臺(tái)上升時(shí)，由繞過(guò)滑輪的拉繩帶動(dòng)滾筒20繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒圓柱面上構(gòu)成沿周線表示位移的坐標(biāo)；同時(shí)齒桿24的移動(dòng)構(gòu)成沿滾筒軸線表示載荷的坐標(biāo)。這樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)繪圖筆21在滾筒上就可自動(dòng)繪出載荷－位移曲線。當(dāng)然，這只是一條定性曲線，不是很準(zhǔn)確的。

（三）操作規(guī)程和注意事項(xiàng)

• 1．根據(jù)試樣尺寸和材料，估計(jì)最大載荷，并以此力作為示力盤量程的40%～80%,以選定相應(yīng)的示力度盤和擺錘重量。然后，選用與試樣相適應(yīng)的夾具。
• 2．液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)總開關(guān)上電。
• 3．根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，更換擺桿上懸掛的擺錘并調(diào)整緩沖閥，安裝好事先選好的夾具。
• 4．先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動(dòng)油泵電機(jī)。待油泵工作正常后，開啟送油閥將活動(dòng)平臺(tái)升高約10mm，以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，安裝好試樣。
• 5．調(diào)整平衡錘，使擺桿刻線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)牌線，保證擺桿垂直，并鎖緊平衡錘位置。
• 6．需要作圖時(shí)，在記錄筒上卷上記錄紙，在推桿上安裝記錄筆；放下推桿的記錄筆，將筆尖壓在記錄紙上，并記錄放大比例。
• 7．固定記錄筆的位置，調(diào)整推桿上的旋鈕，使指針對(duì)正零位。
• 8．按實(shí)驗(yàn)要求調(diào)整加荷速度指針，緩慢開啟送油閥，給試樣平穩(wěn)加載。應(yīng)避免油閥開啟過(guò)大進(jìn)油太快。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，注意不要觸動(dòng)擺桿或擺錘。
• 9．實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性實(shí)驗(yàn)先取下試樣，再緩緩打開回油閥將油液放回油箱。非破壞性實(shí)驗(yàn)，自然應(yīng)先開回油閥卸載，才能取下試樣。

二、電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)

電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)是采用各類傳感器進(jìn)行力和變形檢測(cè)，通過(guò)微機(jī)控制的新型機(jī)械式試驗(yàn)機(jī)。由于采用了傳感技術(shù)、自動(dòng)化檢測(cè)和微機(jī)控制等先進(jìn)的測(cè)控技術(shù)，它不僅可以完成拉伸、壓縮、彎曲、剪切等常規(guī)試驗(yàn)，還能進(jìn)行材料的斷裂性能研究以及完成載荷或變形循環(huán)、恒加載速率、恒變形速率、蠕變、松弛和應(yīng)變疲勞等一系列靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)。此外，它還具有測(cè)量精度高、加載控制簡(jiǎn)單、試驗(yàn)范圍寬等特點(diǎn)，以及提供較好的人機(jī)交互界面，具備對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行預(yù)設(shè)和監(jiān)控，直接提供試驗(yàn)分析結(jié)果和試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)過(guò)程再現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

YL-1150電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(圖二)采用全數(shù)字化控制，配備載荷傳感器、電子引伸計(jì)、光電位移編碼器等傳感器，機(jī)械加載部分采用直流伺服控制系統(tǒng)控制預(yù)應(yīng)力滾珠絲杠帶動(dòng)橫梁移動(dòng)。

圖二

（一）工作原理

在測(cè)試系統(tǒng)接通電源后，微機(jī)按試驗(yàn)前設(shè)定的數(shù)值發(fā)出橫梁移動(dòng)指令，該指令通過(guò)伺服控制系統(tǒng)控制主機(jī)內(nèi)部的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)皮帶、齒輪等減速機(jī)構(gòu)后驅(qū)動(dòng)左、右絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由活動(dòng)橫梁內(nèi)與之嚙合的螺母帶動(dòng)橫梁上升或下降。裝上試樣后，試驗(yàn)機(jī)可通過(guò)載荷、應(yīng)變、位移傳感器獲得相應(yīng)的信號(hào)，該信號(hào)放大后通過(guò)A/D進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳遞給微機(jī)。微機(jī)一方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以圖形及數(shù)值形式在微機(jī)顯示器上反映出來(lái)；另一方面將處理后的信號(hào)與初始設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)橫梁移動(dòng)改變輸出量，并將調(diào)整后的輸出量傳遞給伺服控制系統(tǒng)，從而可達(dá)到恒速率、恒應(yīng)變、恒應(yīng)力等高要求的控制需要。

（二）操作規(guī)程和注意事項(xiàng)

由于電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)采用了全數(shù)字化控制技術(shù)，因此，其工作過(guò)程均通過(guò)軟件操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合常用的Merlin軟件來(lái)介紹操作方法。

• 1．依次合上主機(jī)、控制器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電源，一般要求預(yù)熱一會(huì)兒。
• 2．直接點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)桌面上的Merlin圖標(biāo)，打開軟件，進(jìn)入試驗(yàn)方法模式，如以前已編好了試驗(yàn)方法，可直接點(diǎn)擊進(jìn)入；如果沒有，可點(diǎn)擊最下方的Merlin，查找合適的試驗(yàn)法。
• 3．選定所要的試驗(yàn)方法后，輸入相關(guān)的試驗(yàn)參數(shù)，如：加載速率、試樣尺寸、數(shù)據(jù)采集模式和所需試驗(yàn)結(jié)果等，最后存儲(chǔ)方法。
• 4．安裝試樣，檢查設(shè)備的上下限保護(hù)是否設(shè)置正確。
• 5．啟動(dòng)試驗(yàn)，并注意觀察，若發(fā)生意外立即終止試驗(yàn)。
• 6．試驗(yàn)完成后，存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)需要提供試驗(yàn)分析結(jié)果或打印試驗(yàn)報(bào)告。
• 7．將主機(jī)的橫梁回位，以免接著試驗(yàn)時(shí)，造成軟件與主機(jī)連接不上。
• 8．實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉Merlin軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，關(guān)閉控制器，關(guān)閉主機(jī)電源，最后切斷總電源。
• 9．清潔主機(jī)，填寫設(shè)備使用記錄。

三、實(shí)驗(yàn)操作

• 1．認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)講義，并與具體試驗(yàn)機(jī)對(duì)照，弄清試驗(yàn)機(jī)的主要部件及作用，了解它的性能特點(diǎn)。
• 2．掌握不同試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程、安全注意事項(xiàng)和操作方法。
• 3．按照操作規(guī)程認(rèn)真練習(xí)，練習(xí)時(shí)著重下列環(huán)節(jié)：
  • （1）檢查試驗(yàn)機(jī)是否處于正常狀態(tài)。主要包括：試件夾的形式和尺寸是否與試件要求一致；操作機(jī)構(gòu)或油閥是否在開始位置，保險(xiǎn)開關(guān)自動(dòng)繪圖器等能否正常工作.
  • （2）根據(jù)最大載荷的40%—80%選擇合適的檔位或測(cè)力度盤和相應(yīng)的配重。
  • （3）安裝拉伸試件時(shí)，應(yīng)使夾持長(zhǎng)度至少等于夾頭長(zhǎng)度，并應(yīng)將試件夾正；安裝壓縮試件時(shí)，則應(yīng)把試件擺正，對(duì)中。
  • （4）練習(xí)液壓式試驗(yàn)機(jī)的慢速加載、在某一載荷下穩(wěn)定不變和緩慢卸載。
• 4．關(guān)閉電源，將試驗(yàn)機(jī)一切機(jī)構(gòu)復(fù)原。

更多的拉力機(jī)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、拉力試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、電子拉力試驗(yàn)機(jī)等儀器資料，盡在廣東越聯(lián)儀器有限公司官方網(wǎng)站http://www.slofnbd.cn