圆盘式定载荷全息材料试验机制造技术

本发明专利技术涉及一种定载荷条件下测试材料性能及变形规律的圆盘式定载荷全息材料试验机。它是在机架上的转轴上固定一大圆盘和小圆盘，在大小圆盘上分别绕挂一钢丝绳，大圆盘钢丝绳垂挂载荷装置，小圆盘垂挂试样上夹头，下夹头与其对应的固接在底座上，转轴的一端通过摩擦式电磁离合器、扭矩传感器与受直流电机驱动连接的蜗轮蜗杆减速器的输出轴相连接，其另一端上设有编码器，电磁离合器、电机、扭矩传感器、编码器均与计算机控制系统连接。在离合器处于脱离状态时，试样即受载荷装置的作用力实现拉伸试验，由计算机系统采集、处理扭矩传感器、编码器的力值，变形信号得到有关试验数据，并对整机实行自动化控制。该机结构简单、性能优越。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于材料测试、实验仪器，具体涉及一种特别适用于在任意定载荷作用下测试材料性能和变形规律的试验机。
技术介绍
在大量的工业工程中所应用的材料，往往只需研究、测试材料在载荷作用下的变形规律及其机械性能，目前大多用结构、功能复杂、造价高的万能材料试验机，尤其是对于塑性和超塑性材料具有很强的应变速率敏感性，用万能试验进行定载荷测试其有关性能，其试验结果误差较大，其原因是塑性和超塑性材料的变形抗力对应变速率都有很强的敏感性，而无论是使用液压式、还是机械式的万能试验机，均是采用闭环式控制实现定载荷的施加，载荷的测量又是力传感器，因而受其信息反馈、调整载荷引起速度的变化而使载荷测量或记录曲线发生波动。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对解决上述在用万能试验机测试材料在定载荷条件下的性能及其变形规律存在的缺点，提供一种能稳定施加载荷、准确记录数据、结构简单、造价低、占用空间小、操作简便的圆盘式定载荷全息材料试验机，该试验机不但能稳定施加载荷、准确记录数据，而且经过对数据的数学处理，能给出材料的应变硬化指数、应变速率敏感性指数、应力松弛指数的变化规律及相关的本构方程。本专利技术的基本原理如附图说明图1所示，半径为R的大圆盘1与半径为r的小圆盘2固定在一转轴上，当在大圆盘外圆有定载荷F作用时，便在小圆盘上产生变形载荷P作用在试样上，根据r·R＝R·F，即R/r＝P/F，于是得到将载荷放大R/r倍的变形载荷。本专利技术圆盘式定载荷全息材料试验机由主机、试样夹头、力值和变形数据采集及计算机控制和数据全息处理系统所组成，其主机由设置在机架内的载荷传动及其制动机构组成，即在机架的两侧上立板上通过滚动轴承设置一转轴，在转轴上分别固定设置小圆盘和大圆盘，转轴的左端通过对称滑键连接摩擦式电磁离合器的动摩擦盘，直流电机与蜗轮蜗杆减速器的输入轴相连接，减速器的输出轴上用平键固定连接扭矩传感器，扭矩传感器的端面与电磁离合器的静摩擦盘相连，一条钢丝绳的一端固接在大圆盘的圆周上，并绕在大圆盘的周槽上，其另一端绕过导向滑轮垂挂连接一载荷装置，另一条钢丝绳的一端固接在小圆盘的圆周上，并与大圆盘钢丝绳呈力偶向绕在小圆盘的周槽上，其另一端绕过导向滑轮与上夹头相连接，下夹头通过夹头座连接在机架底座上。在转轴的右端设置光电编码器，编码器通过信号采集电路与单片机电连接。扭矩传感器通过信号采集电路与单片机电连接。直流电机通过电机驱动器与单片机电连接。摩擦式电磁离合器通过触发器与单片机电连接。还设置有对应载荷装置的加载机构，控制加载机构的步进电机通过电机驱动器与单片机电连接。在所述的转轴上还固定设置有限位盘，限位盘上设置有限位块，在机架左侧上立板上设有正、反向行程开关，行程开关通过触发器与单片机电连接。在实际运行中，整机控制系统主要完成以下几个动作1、当电磁离合器处于接合状态时，直流电机在单片机系统的控制下，正(反)向转动和制动，经过减速器减速后，带动转轴正(反)向转动和制动；2、当电磁离合器从接合状态变为分离状态时，转轴就处于自由状态，此时，加载机构的载荷就施加在试样上，开始加载；3、当转轴的转角超过允许范围，限位盘上的限位块就触动正(反)向行程开关，单片机接收到触发信号，指令电磁离合器变为接合状态和直流电机处于制动状态，使转轴制动；4、当转轴处于自由状态时，给电磁离合器通额定电流，使其接合，由于蜗轮蜗杆减速器的反向自锁功能，使转轴制动。本专利技术的数据采集系统包括力值和变形值采集系统力值采集系统由扭矩传感器、信号放大电路、分档衰减电路、A/D转换电路、单片机系统及LED显示屏等组成，当电磁离合器处于接合状态时，扭矩传感器测量转轴承受的扭矩，从而间接测量载荷机构的载荷或作用于试样上的力值，力值信号经过放大、衰减放大、A/D转换后，被单片机采集处理，处理后的信号可以作为加载机构控制程序的控制参数，可以存储在数据存储器RAM中，显示在LED显示屏上，并输至数据处理系统。变形值采集系统由编码器、编码器信号放大整形电路、辨向电路、计数器、单片机系统及LED显示屏等组成，编码器测量转轴的转角，其信号经放大、整形、辨向处理后，由计数器读取，单片机对信号采集并处理，转换为试样的变形量，存储在数据存储器RAM中，显示在LED显示屏上，并输至数据处理系统，同时兼为试样断裂判断程序的参数。本机的加载控制程序是由单片机采集的测量力值与需要施加的载荷比较，在测量力值等于需要施加的载荷时，加载机构停止加载。在试验过程中，试样断裂判断是单片机采集编码器信号计算加载荷装置的下降加速度，当下降加速度接近自由落体加速度时，单片机控制电磁离合器接合，使转轴制动，在电磁离合器接合过程中，线圈电流由小到大逐渐变化，使摩擦片之间产生相对滑动，起到了缓冲的作用。本专利技术的数据全息处理系统由变形值采集系统和配有数据处理软件的计算机组成，数据处理软件可以是Matlab、Origin、GT或Mathematics软件，现将数据全息处理过程简述于下1、可求得应变硬化指数nP、nυ和 随ε的变化规律和仅有应变硬化效应的塑性本构方程由变形值采集系统中可得到对应于定载荷P(P1、P2、……)的一组试样标距瞬时长度l与时间t的关系曲线，对应于每条定载荷P曲线可求得对应的模拟多项式 因变形速度υ=dldt]]>，于是由(1)式可得P～υ的关系式P=Σi=0nbiυi---(2)]]>因应变速率ϵ·=υl]]>，于是由(1)式和(2)式可求得P～ 关系式P=Σi=0nciϵ·i---(3)]]>文献给出用实验变量表达应变硬化指数n的测量公式nP＝ln(l/l0)(4)nυ=(1-dlgPdlgϵ·)lnll0---(5)]]>nϵ·=(dlgPdlgυ+1)lnll0---(6)]]>其中，l0为试样标距的初始长度，应变ϵ=ln(ll0)]]>，nP、nυ和 分别为定载荷P、恒速度υ和恒应变速率 条件下测得应变硬化指数，根据ϵ=ln(ll0)]]>、(1)～(3)式和(4)～(6)式便可求得nP～ε、nυ～ε和 ～ε的变化规律。引用文献给出nP、nυ和 的定义式nP=dlgσdlgϵ|P---(7)]]>nυ=dlgσdlgϵ|υ---(8)]]>nϵ·=dlgσdlgϵ|ϵ·---(9)]]>再把nP～ε代入(7)式，nυ～ε代入(8)式， ～ε代入(9)式，求解可得对应的塑性拉伸变形的本构方程 σP＝KPfP(ε，nP) (10)συ＝Kυfυ(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆盘式定载荷全息材料试验机，由主机、试样夹头、力值和变形数据采集及计算机控制和数据全息处理系统所组成，其特征在于： 所述的主机由设置在机架内的载荷传动及其制动机构组成，即在机架的上立板（２５）上通过滚动轴承设置一转轴（２７），在转轴（２７）上分别固定设置小圆盘（２）和大圆盘（１），转轴（２７）的左端通过对称滑键连接摩擦式电磁离合器（２４）的动摩擦盘，直流电机（２１）与蜗轮蜗杆减速器（２２）的输入轴相连接，减速器（２２）的输出轴上用平键固定连接扭矩传感器（２３），扭矩传感器（２３）的端面与电磁离合器（２４）的静摩擦盘相连，钢丝绳（４）的一端固接在大圆盘（１）的圆周上，并绕在大圆盘（１）的周槽上，其另一端绕过导向滑轮（３）垂挂连接一载荷装置，钢丝绳（４．１）的一端固接在小圆盘（２）的圆周上，并与钢丝绳（４）呈力偶向绕在小圆盘（２）的周槽上，其另一端绕过导向滑轮（３．１）与上夹头（８）相连接，下夹头（６）通过夹头座（１０）连接在机架底座（１１）上； 在转轴（２７）的右端设置光电编码器（２９），编码器（２９）通过信号采集电路与单片机电连接； 扭矩传感器（２３）通过信号采集电路与单片机电连接； 直流电机（２１）通过电机驱动器与单片机电连接； 摩擦式电磁离合器（２４）通过触发器与单片机电连接。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉泉，管志平，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]