万能材料试验机（精选8篇）
万能材料试验机 篇1
0 引 言
材料试验机是一种常用的力学试验设备,用于测试各种材料的力学性能[1]。随着各行业对新材料的需求越来越广泛,材料的力学性能测试已成为关键[2]。传统试验机只能靠试验人员观察,根据经验加以手工调整[3],通过指针表盘的读数计算得到材料性能数据,操作复杂。按照现行的材料测试标准,传统试验机无法达到要求,也将逐渐被淘汰。因此,本研究将基于Delphi语言的软件技术与基于单片机的自动控制技术相结合,应用于万能材料试验机的控制系统中,通过对通用材料拉伸、压缩等试验标准进行分析的基础上,建立万能试验机测控系统软硬件与试验标准规程之间的关系,提出模块化的上、下位机软件及硬件的设计方法。
本研究在建立测控系统上位机软件及下位机软、硬件平台的基础上对所提出的模块化实验设计方法进行评价,同时进行多目标持荷试验、水泥胶砂抗压试验以及金属拉伸试验,以期解决万能材料试验机功能单一、试验扩展复杂的缺点。
1 测控系统硬件设计
本研究以AVR单片机为核心,基于硬件模块化设计的思想,实现了测控系统的硬件结构,其主要包含6个子模块,系统结构如图1所示。
1. 1单片机最小系统
该系统采用AVR系列单片机Atmega16L,其最小系统由单片机、电源、晶振以及复位电路组成[4]。复位电路是在进行系统硬件设计中常见的一种电路,而一个系统复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性[5]。故该系统复位电路根据AVR单片机的低电平复位特点,直接由10 kΩ上拉电阻实现,简单可靠。晶振电路采用陶瓷晶体与双30 pF电容组成,频率8 MHz。
1.2高精度A/D转换模块
该模块采集压力、变形等模拟信号,经滤波放大后输入A/D转换器,转换成数据信号,传递给单片机。放大器采用OP07,A/D采用AD7710,均为模拟器件公司的高精度器件。
1.3拉线编码器解码模块
拉线编码器用于测试工作台位移,包括方向解码和位解码,方向解码采用74LS74,编码器的A、B相信号,经过光电耦合器隔离进入方向解码和单片机,方向信号也输入单片机,通过单片机进行计数和位移计算。
1.4精密电源模块
电源模块给所有IC供电,其中最关键的是给AD7710提供精密电压源,精密电压源由LM336提供。
1.5串口通讯模块
串口通讯实现下位机与上位机的数据通讯,下位机将采集到的信号传递给上位机,上位机则下发命令告诉下位机该执行的动作。在本研究中,通讯芯片采用MAX232。
1.6开关量输出模块
开关量的作用包括两部分:①实现对步进电机方向和脉冲输出控制;②输出实现系统的过载保护。
2 软件设计
2.1上位机设计
目前万能试验机测控软件操作复杂,对实验员水平要求高。本研究通过软件架构的调整来解决这个问题。软件分成3大块:主程序、设备配置模块和试验模块,后两者均以DLL 形式封装,前者用于支持不同机型,后者便于扩展新的试验方法。动态链接库(Dynamic Link Library,DLL),它是一种函数或资源库,可以编写成与语言无关的方式,被应用程序或其他DLL文件调用[6]。所以主程序支持在不同试验模块间的切换,当实验员切换到某个预置的试验模块,与该试验相关的控制过程、数据记录和结果分析方法都被完全定制,把实验员从专业、繁琐的参数设置中解脱出来。主程序将管理并呈现另外两个模块的信息,主程序结构如图2所示。
2.2下位机软件设计
下位机软件由数据采集程序、压力控制程序、通讯程序组成。数据采集程序实现单片机与AD7710的通讯,压力控制程序实现试验机加载控制,通讯程序实现上、下位机的数据交互及命令解析。在压力控制程序方面,采用单一经典的PID控制策略,往往不能达到理想的控制效果;采用单一模糊控制策略,虽然改善了动态特性和鲁棒性,但由于大量模糊控制规则的存在,影响了控制的准确性[7,8,9]。其中压力控制程序实现基于模糊PID的三闭环控制如图3所示,具体实现方法详见参考文献[10]。
3 实验研究
本研究采用自行开发的万能材料试验机控制器对某公司生产的手动万能试验机进行改造,改造完成后的试验台如图4所示,可进行标准的材料性能测试相关试验。
3.1多目标持荷试验
多目标持荷试验的目的是测试该算法在匀速加载和目标持荷时的效果,以验证测试控制系统的基本性能。采用Fuzzy PID算法控制器的实验效果如图5所示。从图5中的实验曲线看,该算法达到了一级精度要求。
3.2水泥胶沙抗压试验
本研究在加载持荷实验基础上,进行水泥胶沙抗压试验,试验记录的力-时间曲线如图6所示。试验加载速度能够精确地控制在试验标准所要求的2.4 kN/s,证明了该算法及其控制器在精确力控制中的效果。
3.3具有明显屈服的金属材料拉伸试验
在前述试验的基础上,本研究对具有明显屈服材料进行拉伸试验。试验过程中采用力、变形、位移三闭环控制,所得力-变形曲线如图7所示。从试验数据计算得到的材料力学性能与该材料的理论力学性能基本吻合,反映了自适应PID算法在三闭环金属拉伸试验中的适用性。
4 结束语
本研究自主开发的材料试验机控制系统采用模块化设计思想,在软件和硬件两个层面实现了设计、操作及扩展的方便性,降低了试验员的工作强度,使集成新的材料试验标准也变得简单。
通过对多种材料及不同实验标准的集成及其实验表明,该系统在实现国家标准及操作简便性的同时,能便于试验扩展,且达到了较高的数据精度及系统控制精度。
参考文献
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万能材料试验机 篇2
试验前，根据估计的最大试验力合理选用测量范围，在摆杆上挂上或取下相应摆砣，并调整缓冲阀位置。
打开电源开关，开动油泵，调节推杆，使指针对准零点。
试验时，须平衡地作增减负荷的操作，试验结束后，关闭送油阀，打开回油阀。
拉伸试验时，用上钳口夹住试样一端后，调节推杆使指针对准零点，再调整下钳口距试样的夹持高度，夹住试样下端，开始试验。
试验完毕，应清洁机身，作好机器的日常维护工作。TYA-2000型电液式压力试验机操作规程
将试件安放在下压板正中，按试件大小，转动手轮和丝杠，调节上压板至适当的位置。接通测控系统电源，按操作步骤进行清零修改等各有关数据的输入。
按下启动按钮，关闭回油阀，调控送油阀，按需要速率平稳进行加荷试验，直到试件破坏，负荷下降。随即打开回油阀。
按面板上“打印”键，输出该次的试验结果。
试验结束后，应清洁机身，搞好机器的日常保养维护工作。多功能电动击实仪操作规程
确定击实标准，选择击实锤大小、落距、击实筒尺寸、锤击数及层数。设置计数器各层材料所需击实次数。稳固安装击实筒，按层数装入试样。启动电机，按规定层数、击数完成击实。
应对仪器进行经常性的清洁、保养，尤其是机械部分的润滑工作。承载比CBR试验仪操作规程
按《公路土工试验规程》规定的承载比试验方法制取试件。
将泡水试验后的试件放到升降盘上，先进行预压，再将测力环百分表调到零。打开电源开关，仪器运转。
加荷时压入手轮，记录贯入量某些读数时的测力百分表，并注意贯入量为2.5mm时，要有5个以上的读数，总贯入不超过7mm。试验后，应立即将仪器清洁干净。
FZ-31A型沸煮箱操作规程
沸煮前，水封槽内必须盛满水，以保证作试验沸煮起水封作用。沸煮箱内加足水，将试件放入。接通电源，启动“自动”开关。
沸煮箱内的水于30min内沸腾后，3KW电热器自动停止工作，再煮3h沸煮箱内全部自动停止工作，仪器发出蜂鸣声。将水放出，待试件冷却后检测。
六、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。NJ-160B型水泥净浆搅拌机操作规程
先把三位开关（1k、2k）都置于停，再将时间程控器插头插入面板的“程控输入”插座，然后方可接通电源。
把1k开关置于自动位置，机器将自动按规定完成慢搅、快搅动作，然后自动停止。重复上述操作，仪器将开始执行下一次自动程序。每次自动程序结束后，都应将1k置于停。
五、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。JJ-5型胶砂搅拌机操作规程
将立柱上的功能切换开关拨至“自动”位置，按下控制器上的启动开关，整个运行程序将进行自动控制运行。
全过程运行完毕后自动停止，在运行过程中如需中途停机，可按下停止钮，然后可重新启动。按下启动钮后，显示屏即开始显示时间、慢速、加砂、快速、停止、快速运行指示灯按时闪亮。
自动控制时，必须把手动功能的开关全部拨到停的位置。
五、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。K2J-500型电动抗折机操作规程
保持杠杆平衡，检查上下卡具是否在一中心线上、支承圆柱是否干净、磨损、转动下卡具是否运动自由。
将试块放入抗折夹具时水泥块挡板应放正，并调整夹具使杠杆有一个在试体折断时接近平衡状态的仰角。
试验：按启动电钮电机带动丝杠转动。游砣加荷到一定数值时试体折断，主尺一端定位触杆压开微动开关电机停转游砣停止。记下此时数值，试验结束。
五、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。GYS-3型光电液塑限测定仪操作规程 调节底脚螺母，使工作面水平。
接通电源，放上测试土样，使磁头吸住圆锥仪，使微分尺垂直于光轴。调节投影物镜及零线调节旋扭，使屏幕上的零线与微分尺零线的影象重合。
转动平台升降螺母，当锥尖刚与土面接触，计时指示灯亮，圆锥仪自由落下，5秒后，读数指示灯亮，即可读数。
读数后，按复位按钮，以便下次进行试验。试验结束后，应作好仪器的清洁工作。HT-50强制式砼搅拌机操作规程 机器放置平稳，插上电源。
将称量好的砼拌合物加入筒内，然后开动机器干搅拌均匀，再加水继续搅拌。搅拌均匀后，搬动出料杆手柄，倒出砼。
用水清洗干净搅拌机，以免残余砼粘结在机器上。
搅拌机经长期使用后，应调节搅拌叶片与筒底的间隙，控制在4mm以内。ZHJ-100砼振动台操作规程
振动台应安在找好水平的基础上，并用螺栓将其固定。
将装有新拌砼的试模对称地放置在振动台面上，使负荷平衡。按下工作按钮，直到砼振动密实后，按下停止按钮。将振动密实后的砼连同试模搬下，并清洗干净振动台面。应定期对振动台进行检查、保养。
FSY150B型水泥细度负压筛析仪操作规程 将插头插入电源座，电源座必须接地线。试验筛置于筛析仪上，检查密封性能。
按照试验规程规定数量的样品倒入试验筛内，盖上筛盖。
按试验规程设置试验时间和调节试验压力后，开启开关，筛析仪开始工作。自动停机后，称量筛余物。
试验结束后，清洁机器，搞好机器的日常保养维护工作。YH-40B型水泥砼标准恒温恒湿养护箱操作规程 将仪器置于通风干燥的环境下，安放平稳。将面板开关置于OFF。
向水箱内加水至末层搁架以下，向加湿器内加注纯净水。将插头插入具有良好接地的插座中，打开开关。
调节温度、湿度旋钮，使温度、湿度满足试验要求。
将成型的胶砂试样放入箱内进行养护，并按要求记录温度、湿度。SC-145型砂浆稠度仪操作规程
一、将拌制好的砂浆装入锥形盛料容器内。
二、调整锥架使标准锥体的尖端与砂浆混合物表面接触，并紧固好。
三、移动表盘升降架使齿条齿杆下端与试锥滑杆上端轻轻接触，使表针对准零位
四、松开螺钉，锥体以其自身重量沉入砂浆混合物中。
五、待锥体不再下沉时，拧紧螺钉转动销母，转动齿条滑杆向下滑动至试锥滑杆接触，此时表盘读数为砂浆稠度。
六、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。
ZBSX-92型震击式标准振筛机操作规程
将装有试样的试验筛放在震筛机上，旋紧顶盖的手柄以固定。
插上电源插头，扭动定时开关到所需时间，该机自动地在指定时间内往返运动。待定时器到达设定时间，震筛机就自动停止工作。
反时针方向旋转手柄，提起上盖，并固定在立杆上，取下筛具，依次将震析后的各号筛子内的试样进行测定。
五、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。HS-40型混凝土渗透仪操作规程
一、按试验规程要求将试件装入试模内，冷却后，装固在仪器上。
二、将蓄水罐内注满水，打开各个阀门，待试模底有水时，将六个通向试模的阀门关上。
三、打开电源，设定好仪表数据，启动水泵，打开小水阀，关闭0号阀门，直到小水咀水流成线后再打开1—6号阀门，并将小水阀关闭。
四、水压从0.1MPa开始，以后每隔8小时增加水压0.1MPa，并随时注意观察六个试体上端面的情况。
五、当六个试体的端面有2个呈现有压力水渗透出来时，记下此时的水压作为试验的压力值。
六、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。粗集料冲击试验仪操作规程
一、按规定方法制备一定数量的集料并将装入量筒。
二、将量筒中盛满的集料倒入天平中称量。
三、将称好的集料倒入仪器底座上的金属冲击杯中，并用捣杆单独捣实25次压实。
四、调整锤击高度，使冲击锤在集料表面以上380mm±5mm。
五、将击实锤上提，挂住钓头，用手按下卸机螺栓，使锤自由落下连续锤击集料15次，每次锤击间隔不少于1s，第一次锤击后，对所要求落高不再调整。
六、试验结束后，应清洁仪器设备。自控水泥胶砂流动度测定仪操作规程
一、将插头接入计数器后对应孔内，并将计数器接通电源，如跳桌在24小时内未被使用，先空跳一个周期25次。
二、将拌好的水泥胶砂按规定方法分层装入模内并分层捣实，捣实完毕，取下模套。
三、将小刀倾斜，从中间向边缘分两次以近水平的角度抹去高出截锥圆模的胶砂，将截锥圆模垂直向上轻轻提起移去，立即按计数器的“启动”按钮，完成一个周期25次跳动。
四、跳动完毕，用300mm量程的游标卡尺测量胶砂底面互相垂直的两个方向扩展直径，计算平均值，即为水泥胶砂流动度值。
五、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。HYCX-1型液压车辙试样成型机操作规程
一、根据要求进行备料，用拌和机拌和。
二、接通电源，检查各开关仪表、加热指示灯是否正常；
三、旋转“电源启动”按钮弹起，电源指示灯亮，碾瓦加热指示灯亮，自动加热。
四、旋转“碾瓦升降”旋钮，碾瓦上升，按“小车运行”按钮使小车运行到最前面，然后按“小车停止”使小车停止。
五、将装好沥青混合料的试模放在小车上并夹紧，在试模上面放一张报纸避免沥青粘在碾瓦上。
六、设定计数器次数，按“小车运行”按钮小车运行，到达所设置碾压次数后小车自动停止。
七、按计数器上复位键使实际次数为0，按“小车运行”按钮，使小车运行到最前面按“小车停止”键
八、取下试模，按此步骤进行第二个试模的成型。
九、按下“总停”按钮，切断机器电源停止工作。路面材料强度试验仪主机操作规程
按《公路土工试验规程》规定的承载比试验方法制取试件。
二、接通电源后，检查电机转向和检查手柄位置是否正确。
三、加荷时压入手轮，记录测力百分表某些读数时的贯入量百分表读数。
四、试验结束后，做好仪器清洁保养及试验室的清洁工作。自动岩石锯石机操作规程
一、把工作台迁至左端，把准备切割的试块固定在工作台上。
二、接通380V电源，使锯片运转方向按箭头所示。
三、工作台接近锯片开始工作时，自来水供水，以此对锯片进行冷却。
四、试验结束后，做好仪器的清洁保养工作。FZA-300电液式抗折抗压试验机操作规程
一、接通测控系统电源，按操作步骤进行清零以及时钟修改等各有关数据的输入。
二、抗折时将试件平放在两下抗折辊上，对照辊上刻线使试件放在正中位置。进行抗压试验时，将试件（或通过抗压夹具）平放在压力板正中。按下启动按钮，关闭回油阀，调控送油阀，按需要速率平稳进行加荷试验，直到试件破坏。随即打开回油阀。
三、试验结束后，按面板上“打印”键，打印机即可打印出该次试验的检测结果。
四、试验结束后，应切断电源，清洁机身，搞好机器的日常保养维护工作。HK—I混凝土含气量测定仪操作规程
一、将量钵和盖的内表面擦净，装入混凝土试样，振实、抹平。称出容器和混凝土试样的总重量。
二、在正对进水阀孔的混凝土上表面贴一小块塑料薄膜，拧紧钳式夹。
三、关闭操作阀从进气阀充入压缩空气，通过操作阀调整气室压力并轻扣表盘，使压力表指针为1kgf/Cm2。
五、关紧操作阀打开进水阀加入少量水，关闭进水阀、排气阀使之密封不漏气。
六、打开操作阀，使气室内的压缩容器进入量钵，待压力表指针稳定后，读出表值，并以此读数按预先定好的含气量与压力表读数关系曲线查得相应的含气量。
七、打开排气阀，解除压力。勃氏透气比表面积仪操作规程
一、按规定方法确定试样的重量和制备试料层
二、将圆筒连接到压力计上，应保证连接严密，不漏气。
三、开动油泵，打开活塞慢慢从U型管压力计一臂中抽出空气，可用止水夹调整气流量直到液面升到球型膨大部的下面，然后关闭活塞。
四、停止抽气，当压力计液体的凹液面达到第一条刻线时，开始计时，到达第二条刻线时，停止计时。记录液体通过第一到第二条刻线时的秒数，并记下试验温度。自动低温双数显沥青延伸仪操作规程
一、检查水槽内的水位，符合试验规程的要求。
二、接通电源，检查马达是否运转良好。
三、调节温控仪到需要的温度，启动制冷或加热系统功能开关，同时启动搅拌马达。
三、将装满试样的试模放置在仪器延伸端的铜圆柱销内，推入手柄使齿轮齿合。
四、打开起动开关，仪器开始工作，显示器将显示延伸长度。
五、待沥青试样拉断或达到试验要求时，按一下计值开关，仪器自动计入该试样的延伸长度。
六、工作结束后，关上电源，取出试模，并将槽内水放干净。沥青混合料理论最大相对密度仪操作规程
一、将称量好的沥青混合料试样装入干燥的负压容器中。
二、在负压容器中注入约25℃的水，将混合料全部浸没。
三、将负压器与真空泵、真空表连接，开动真空泵，使真空度达到97.3kpa
四、抽气3分钟后开始震动并每隔2分钟震动2分钟直至30分钟后自动停止。
五、将装有沥青混合料试样的容器浸入25℃的水槽内10min，然后加盖，使容器中没有空气，称容器、水、试样总重。
六、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。数显洛杉矶磨耗试验机操作规程
一、试验前检查线路是否完好，并用手拨动滚筒旋转是否运转正常，同时，将计数器调整到零位。
二、将试验用的粗集料和钢球装入筒内，密封盖好，拧紧螺钉，开动仪器500转后停止，取出试样。
三、将试样过2.36mm的筛，称取筛上质量。
四、试验结束后，做好仪器的清洁和保养工作。沥青混合料稳定度测定仪操作规程
一、安装好仪器，把按规程要求养护好的试件放入压头内，插好流值传感器。
二、按“试验”键，试验开始，仪器自动控制机械部分加载，当加载至试件破碎时，仪器自动停止加载，自动记录下此试件的最大压力（即稳定度）及其对应的流值。
三、试验结束后，做好仪器的清洁保养工作。沥青混合料离心式快速抽提仪操作规程
一、取一定数量沥青混合料放入料碗中，用三氯乙烯溶剂浸泡
二、称取洁净的圆环形滤纸质量，将滤纸垫在分离器边缘上，加盖紧固。
三、开动离心机，转速逐渐增至3000r/min，沥青溶液通过排除口注入回收瓶中，待流出停止后停机。
四、从上盖的孔中加入新溶剂，重复上述操作，如此数次直至流出的抽提液成清澈的淡黄色为止。
五、将被分离出的矿料及滤纸置100-110℃烘箱中烘干称量
六、试验结束后，应作好仪器的清洁工作。马歇尔数显击实仪操作规程
一、试验前检查仪器各部件，看工作是否正常。
二、把锤头锁定手柄松开，将锤连同击垫、导杆一起提起。
三、放上试模，将已拌和好的一定数量沥青混合料放入试模内。
四、把锤击装置轻轻地落到试模筒正上方，并与混合料接触。
五、接上电源，按“ON”键，将击实次数预置好，按一下复零键，再按启动键，即开始击实工作，击实完毕后，自动停机。
六、将锤及导杆提起，取下试模，放上另一试模，重复上述操作，即可继续做击实试验。
七、试验完毕后，按下“OFF”键，切断电源。全自动混合料拌和机操作规程
一、接通电源，根据规程或工作需要预置拌和时间和加热温度，让搅拌锅进行预热。
二、填料：按“上升”按钮，让搅拌头自动升到最高位置，将预热好的混合料倒入锅中。
三、拌和：按“下降”按钮，搅拌头伸入锅内。按“启动”按钮，开始搅拌，到达预置时间时，自动停机。
四、出料：按“上升”按钮，搅拌头升起，通过手把松开锁紧螺母，打开定位器，用手将锅倒置90度，用掏料勺将混合料掏出。
五、清洗：当混合料的拌和与试样制备完毕后，切断电源，对加热锅、滑板及搅拌桨进行清洗。
HYCZ—5型自动车辙试验仪操作规程
一、在电脑上打开应用系统界面，设置“工作标准”。
二、打开电源开关，然后打开“温控”键，使恒温箱内温度恒定，装入试模并锁紧
三、养生时间达到后，手动摇柄将配重块放下使试轮充分接触试模，并使其一直处于下压状态。
四、调节位移传感器的位置，使位移值显示在3-5mm范围内。
五、待温度再度稳定后，点“试验启/停”键，试验开始，过10秒钟位移自动清零后并显示位移的变化量，“试验时间”窗口显示实际的实验时间。
六、试验结束后，数据自动显示。
七、摇起试轮拿下已做试模，以此步骤进行下一个试验。
八、试验完毕后，关闭电源，做好仪器的清洁和保养工作。沥青旋转薄膜烘箱操作规程
一、打开仪器工作电源开关，数显温控仪显示屏显示工作室内温度值，面板上电源指示灯亮。
二、拨动设定开关设定温度，当温度达到所需要的工作值时，把试样放置到设备内，打开旋转开关，旋转盘以5.5转/分速率运行。
三、根据需要选择加热功率，如果工作温度较低，可将加热功率开关旋至关的位置，如果工作温度高，可将加热功率选择开关旋至开的位置。
四、温度升至设定的工作温度值，并能听到继电器通断响声，数显温控仪两侧红绿指示灯交替工作，说明控制电路工作正常。
五、用户使用完毕，电源断开，取出试样。电控沥青软化点测定仪操作规程
一、将黄铜环置于涂有隔离剂的金属板上。
二、将准备好的沥青试样注入置于试件黄铜环内，并稍高出环面。
三、试件在空气中冷却30分钟，用热刀刮去高出环面的多余试样，使之与环平齐。
四、将试件按规定的方法安放在环架上，然后将环架放在盛水或甘油的烧杯中，水温保持5±0.5℃，甘油保持32±1℃，恒温15分钟。
五、保温后，立即加热，调节温度旋钮，使烧杯内的水或甘油的温度每分钟上升5±0.5℃。
六、沥青试样受热软化后下垂，至与下承板刚刚接触时的温度，即为该试件的软化点。自动数显恒温粘度仪操作规程
一、将已加热试样注入试管内，到达球塞垂直棒上标记即可。
二、用温度计搅拌铜管内的试样，当温度符合试验温度时，将已经注入肥皂水或矿物油类25毫升的100毫升量筒放在流孔中心正下方。
三、恒温1-3分钟后提起球塞，借标记悬挂在试样管边上，待试样流入量筒中达25毫升时，按动秒表，待流至75毫升时，按停秒表，记录经过的时间。
四、试验结束后，关闭电源。电脑沥青针入度仪操作规程
一、按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》准备试样。
二、打开电源，设置时间，然后打开对针灯，顺时针方向转动调节拔杆，工作台上升，使试样与标准针针尖接触。
三、按“测量”键，针与连杆立即自动释放，并自由穿入试样中，达到设置时间，则自动锁定并显示此时测试针插入沥青的深度值。
四、试验完毕，将针换下，用手将砝码与针连杆往上推到检测位置，便可进行下次试验。
五、将试样换一个位置，重复以上步骤，进行第二次和第三次测量。
六、试验完毕，关掉电源，将针针擦拭干净。混凝土贯入阻力仪操作规程
一、将砼拌合物代表样过4.75mm筛，筛出砂浆装入试模，经振动台或人工捣实后放入养护室养护。
二、约1h后和每到测试前2min，吸去表面泌水。
三、将试件放在贯入阻力仪底座上，记录刻度盘上显示的砂浆和容器总重量。
四、使测针端面刚刚接触砂浆表面，然后下压手柄，使测针在10s±2s内垂直且均匀地插入试样内，深度为25mm±2 mm，记下刻度盘显示的增量。并记录从开始加水拌和起所经过的时间及环境温度。
五、每个试样做贯入阻力试验应在0.2MPa—28MPa，且不小于六次，最后一次的单位面积贯入阻力应不低于28 MPa。TG628A型分析天平操作规程
天平在使用前，应先检查各部件位置是否正确，然后校正天平空载，等平衡后，方可使用。被称量的物品与砝码，应放置于天平盘内中间，以免在启动天平后，称盘产生剧烈摆动。在取放物体时，都应在天平关闭后进行，以免天平受到冲击而被损坏。衡量完毕，应将全部砝码及盘内物取下，不可留置于盘中。
开关制动器时，应小心地、均匀地转动手柄。制动器的关闭，应当在天平指针经过表牌中间分度时进行。
万能材料试验机 篇3
关键词：拉力试验机；万能试验机；现状；发展趋势
一、前言
工业生产中各种材料、零部件、构件以及整机或整个建筑物等都需要经过试验才能确定它们的力学性能。拉力试验机及万能试验机能够很好地对材料进行检测试验。
二、什么是拉力试验机
1、拉力试验机拉伸试验
是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。从高温下进行的拉伸试验可以得到蠕变数据。金属拉伸试验的步骤可参见ASTME-8标准。
2、拉力试验机
测定材料在拉伸载荷作用下的一系列特性的试验，又称抗拉试验。它是材料机械性能试验的基本方法之一，主要用于检验材料是否符合规定的标准和研究材料的性能。
3、拉力试验机性能指标
拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力。材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。产生屈服时的应力，称屈服点或称物理屈服强度，用σS（帕）表示。工程上有许多材料没有明显的屈服点，通常把材料产生的残余塑性变形为0.2%时的应力值作为屈服强度，称条件屈服极限或条件屈服强度，用σ0.2表示。材料在断裂前所达到的最大应力值，称抗拉强度或强度极限，用σb（帕）表示。
4、拉力试验机塑性
是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不致破坏的能力，常用的塑性指标是延伸率和断面收缩率。延伸率又叫伸长率，是指材料试样受拉伸载荷折断后，总伸长度同原始长度比值的百分数，用δ表示。断面收缩率是指材料试样在受拉伸载荷拉断后，断面缩小的面积同原截面面积比值的百分数，用ψ表示。
5、拉力试验机曲线
条件屈服极限σ0.2、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率ψ是拉伸试验经常要测定的四项性能指标。此外还可测定材料的弹性模量E、比例极限σp、弹性极限σe等。
6、拉力试验机试验方法
拉伸试验在材料试验机上进行。试验机有机械式、液压式、电液或电子伺服式等型式。试样型式可以是材料全截面的，也可以加工成圆形或矩形的标准试样。钢筋、线材等一些实物样品一般不需要加工而保持其全截面进行试验。试样制备时应避免材料组织受冷、热加工的影响，并保证一定的光洁度。
7、拉力试验机试验时
试验机以规定的速率均匀地拉伸试样，试验机可自动绘制出拉伸曲线图。对于低碳钢等塑性好的材料，在试样拉伸到屈服点时，测力指针有明显的抖动，可分出上、下屈服点，在计算时，常取材料的δ和ψ，可将试验断裂后的试样拼合，测量其伸长和断面缩小面积从而计算出来。
三、拉力试验机的应用与发展
拉力试验机主要用于测试各种材料、半成品及成品的抗拉强度、抗压强度及伸长量，可做剥离、撕裂、抗弯、抗折、压缩等试验，适合金属、塑料、橡胶、纺织品、合成化学制品、电线电缆、皮革等行业使用。
拉力试验机也称电子拉力试验机，又分为单柱拉力试验机和双柱拉力试验机。其中万能拉力试验机的首要技术参数是最大试验力，即测验物体能接受多大的压力才会变形或许碎裂，通常用公斤力来表明压力，单位牛顿N、千牛KN（也有用“公斤KG、吨T、千帕KP”来表明的）。测验规模通常是以最大试验力为上限向下兼容。加压设备通常选用液压或气压加压。
不同行业的原料抗压强度不一样，因而拉力试验机的丈量规模也有所不一样，尽管测验规模是以最大试验力为上限向下兼容，可是用大量程的设备去测验抗压需求很低的物体，试验成果的精确度就难确保，就如同用用地秤去秤一粒冰糖，是无法读出数据的。因而在选购拉力试验机时需要先确定使用范围。
相对于拉力试验机，万能拉力试验机的应用领域也越来越广泛，并且拉力试验机在市场中的需求也不断扩大，给拉力试验机的发展带来更为广阔的发展前景。就目前拉力试验机的发展前景来看，国内试验机检测设备的技术水平与国外的先进设备依然有着较大的差距，核心技术的不足，足以制约国内试验机市场的发展。同时，我国目前已投入使用的高端试验机中，仍然有相当一部分的一流设备还是依靠进口，这样便使国内试验机市场始终处于被动状态，还无法彻底立足于国际试验机市场。
因此，中国的万能拉力试验机若想立足于国际市场，企业自身必然要拥有核心的技术攻关团队，目前许多新的領域已经越来越受到各行各业的重视，试验机行业也开始参与到这些新的领域中来，目前一些新产业的发展成功推动了试验机行业的发展，新领域的蓬勃发展不仅带动了试验机产能的增加，更迫切的是需要试验机市场研发出更多的新型设备，以达到试验机与新领域共同的开拓与发展，达到互利共赢。
四、材料试验机行业的发展思路
由于试验机夹具使用的特殊性，以及新材料的不断出现，夹具的设计一直处在被动的局面。我们每天都会碰到新材料，需要设计新的夹具。我们只有总结过去的成功经验，来顺应新的发展趋势。
对拉力试验机夹具好坏的判定很难界定，由于夹具结构的特殊性，对一种夹具，有时我们很难确定它到底更适合那种试样，通常从以下三点来判断：1、夹具是否使用方便、安全；2、夹持是否可靠，不能有打滑现象；3、做试验过程中，试样断点好。数据离散性小。（即试样不断钳口、钳口内、平行段或标距外）而有几种类型的材料，有与本身的特性及适用的环境特殊，目前为止，解决的办法并不多。
1、钢丝、钢绞线由于试样硬度高，内部结构相对松散，在拉伸试验过程中受力不均匀，夹持试样的钳口易磨损等原因，夹具一直未得到好的解决。过去是夹铝箔来做，一次试验就耗费四片铝箔，浪费太大。现在采用了喷涂金刚砂的拉力试验机夹具，打滑问题解决了，但断口位置始终未能理想，10根试样只能成功一半左右。
2、对于变形量大的材料由于变形过大，所以夹持困难，夹具的设计也是一个难点。
3、对于需要在高温环境下做的试验，夹具的要求也很高，既要耐高温，又要不变形，体积要小，所以一般的试验机厂家来说，也是很难搞定的事情。
4、对于批量大，高频率的试验来说，国外普遍采用全自动夹持，对于国内试验机厂家来说，还是个待完善的新课题。
5、对于成品及半成品的检测，需要的夹具则是五花八门，如何个性化满足客户要求，对所有试验机厂家来说，都是一个挑战。
五、结束语
拉力试验机以及万能试验机能够很好的检测材料的各项性能，保证材料的质量。拉力试验机以及万能试验机广泛的应用于各行业，其未来的发展前景是需要符合社会发展需求的。
参考文献：
[1]《国内外材料试验机发展趋向汇编》
[2]《材料试验机快报》
液压万能材料试验机的CAT改造 篇4
关键词：试验机,测试,数据采集
我校的DLy-30型液压万能材料试验机是1970年代产品,试验机整体和加载液压缸等关键部件运行完好,只是参数测量部分技术手段较为落后。为此对该液压万能材料试验机负荷测力系统、应变记录系统、测量计算装置等进行技术改造,研制了一套液压万能材料试验机的微机测试系统,使试验全过程实现微机电测自动化,提高了测试精度和试验效率。
1 材料试验机系统的组成及工作原理
我们设计了一套材料试验机测试系统,保留原试验机的液压加载方式,拆除陈旧的表盘式动摆力值测量机构和机械式拉线滚筒式形变记录装置,加装了相应的传感器、采集卡、计算机等硬件设施,编制力学性能测试软件,设计了机电连接部件,从而实现了应力应变测试、数据处理、图文存储等功能的自动化。该系统由负荷传感器、形变传感器(光栅式引伸计)、位移传感器,电磁比例阀、信号放大器、多功能数据采集卡、计算机、显示器及打印机等组成。金属拉伸试验测试系统结构框图如图1。
1.1 加载速度的控制
在新的国家技术标准中,对不同材质的试件在拉伸试验时都有具体加载速度范围要求,老式的手动加载方式无法定量满足标准中加载速度可控的要求。为此,采用一个比例压力流量复合阀(型号:3BYL-63;压力调节0-32MPa;流量调节:1-63L/min)取代原来的加载控制阀,该阀可将控制微机发出的电信号经PWM电子放大器放大后控制液压系统的压力和流量,由于该阀采用的压差反馈的先导式滑阀结构,使其具有滞环小(≤3%)、响应速度高、速度控制精度高及死区范围小等特点,通过加装此阀即可满足试验机低速加载的试验要求,又可实现对加载速度的定量控制,通过多功能数据采集卡与上位计算机进行通讯,使控制变得更加方便灵活。
1.2 力值的测量
被测试件的拉力测试是拉伸试验机主要的测试参数之一,在改造中我们采用一个CYB11型半导体扩散硅压力传感器作为拉力测试的传感元件,使其串接在拉伸液压缸的进油管的接头上,该传感器的最大量程25MPa,精度±0.1,响应时间≤1ms,完全满足该试验机最大输出拉力的测量要求,同时,该传感器在测量小负荷试件时,也能保持很高的分辨率,不会产生测量负荷值的跳动。
1.3 位移的测量
对于被测拉伸式样的加载速度的测量,我们采用光栅传感器测量液压缸的移动位移量来实现的,通过引入时间变量从而计算出加载速度。将光栅母尺与液压缸缸筒连接,工作尺与液压缸的活塞相联结。光栅传感器输出的电信号通过数据采集卡送给上位计算机,经过计算处理,可以实时地显示拉伸试验样的变形量和加载速度。
1.4 形变的测量
材料拉伸试验时对被测试件变形的精确测量,是采用光栅式引伸计来测量的,其应变精度为±0.5×10-4mm/mm。该引伸计的测量精度不受量程影响,无需经常作试验前标定,通过多功能数据采集卡将变形信号送给上位机进行处理计算,可以得到试件的精确变形参量。
1.5 多功能数据采集卡
选用了研祥公司的PCL-711B型多功能数据采集卡作为计算机的I/O接口,该接口卡是多功能、高性能的数字扩展卡,它能进行A/D和D/A转换,可直接插在计算机的扩展槽内,具有8路12位模拟量输入通道,1路12位模拟量输出通道,采用光电隔离集成电路,具有较强抗干扰能力,性能稳定,完全满足信号转换及传输的功能。
2 控制软件的设计
本次改造的控制软件采用Visual Basic6.0编程,改造后的金属拉伸试验机测试系统软件的结构框图如图2所示。
该测试软件主要由数据采集、图形输出、数据输出、报告打印、比例控制和模拟仿真等6个模块组成。数据采集模块的主要功能是设置初始化参数,如采集时间间隔、采集总时间等,还包括传感器调零、标定等功能;图形输出模块是指在采集过程中,根据采集数据所绘出的图形输出到屏幕上,或者事后把处理的数据图形从打印机输出;数据输出模块主要是把材料性能的关键点数据和所采集的数据中的某一时间段内的数据从打印机上打印出来,或者手工修改、增减某些数据并存盘;报告打印模块是指实验做好以后,把材料的关键性能数据、原始图形以固定格式的实验报告形式打印输出;比例阀控制模块主要是对比例压力流量复合阀进行控制,包括对D/A卡的初始化、设置等;模拟仿真模块是将试验机的运动过程在计算机上实时仿真出来,使操作者实时地观测到各项试验参数的变化情况,也可设置为离线状态,操作者通过键盘输入测试材料的类别及几何参数,通过后处理程序的计算仿真出试验机的工作过程,为初学者提供学习和熟悉试验机操作的功能。仿真模块控制界面如图3所示。
3 结语
试验机改造后,在试验机上做了低碳钢、铸铁拉压试验,操作比较方便,取得了比较理想的测试数据,经过一段时间的实际使用证明,这一技术改造是成功的,使该机的功能、性能指标的测试满足了国标的技术要求。
参考文献
[1]李长春,刘晓东.液压疲劳试验机数字控制的实现[J].液压气动与密封,2004(6):24-25.
[2]陈新元,陈奎生,曾良才,等.汽车零部件通用疲劳试验机研制[J].液压气动与密封,2007(1):14-15.
电力万能试验机操作规程 篇5
1.开机：试验机→计算机→打印机（无打印机省略）
2.运行计算机配套软件
注意：每次开机后要预热5分钟，待系统稳定后，才可进一步使用。
特别注意：如果刚刚关机，需要再开机，间隔时间不能少于1分钟。
3．安装夹具。根据试样情况选择好夹具，若夹具已安装到试验机上，则需对夹具进行检查，并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置。
4.点击试验部分里的新试验，选择相应的试验方案，输入试样的原始用户参数如尺寸等，多根试样直接按回车键生成新记录。
5.夹持试样。先将试样夹在接近力传感器一端的夹头上，力清零消除试样自重后再夹持试样的另一端。
6.根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置。
7.如需使用电子引伸计或大变形则把电子引伸计或者大变形装夹在式样上。
试验
1.按运行命令按钮，设备将按照软件设定的试验方案进行试验，多个样品测试请重复操作规程5~7步骤。
2.每根样品试验完后屏幕右端将显示试验结果。
3.一批试验完成后将可以自动生成试验报告，记录试验数据等。
注意事项：
1.主机部分
禁止带电插拔接头
试验开始前，一定要调整好限位挡圈
试验过程中，不能远离试验机
试验结束后，一定要关闭所有电源
2.计算机部分
本计算机是专门用于试验机控制和数据处理的，请勿安装其它应用软件，以免试验机应用软件不能正常运行。
计算机要严格按照系统要求一步一步退出，正常关机，否则会损坏部分程序，导致软件无法正常使用。
不要使用来历不明或者与本机无关的软盘在试验机控制用计算机上写盘或者读盘，以免感染病毒。
日常维护及保养
1.经常保持设备和计算机的清洁卫生。
2.预防高温、过湿、灰尘、腐蚀性介质、水等浸入机器或计算机内部
3.定期检查，保持零件、部件的完整性。
4.注意对易锈件或长期不用的配件，如夹具、插销等涂上防锈油
5.对于夹具的钳口或夹具相对滑动的表面应保持干净，避免磕碰。在做一批试样后应及时
清理留在钳口的碎渣碎片，如果钳口齿形部分被堵塞，请用钢刷蘸汽油清洗，忌用坚硬的工具进行清理。
万能材料试验机 篇6
1.1 测量方法
依据JJG139-1999《拉力、压力和万能试验机检定规程》。
1.2 环境条件
温度10℃～35℃, 温度波动不大于2℃/h。
1.3 测量标准
数字式0.3级标准测力仪, 相对扩展不确定度U95=0.061%, 年稳定度为±0.3%。
1.4 被测对象
拉力、压力和万能试验机 (以下简称试验机) , 测量范围为2.5 k N～5 MN, 相对最大允许误差为±1.0%。
1.5 测量过程
在规定环境条件下, 使用试验机对标准测力仪施加负荷至测量点。可得到与标准力值相对应的试验机负荷示值, 该过程连续进行三次, 以三次示值的算术平均值减去标准力值, 即得该测量点试验机的示值误差。
1.6 评定结果的使用
在符合上述条件且测量范围在1 000 kN以下的试验机, 一般可直接使用本不确定度的评定结果, 其他可使用本不确定度的评定方法。
2 数学模型
式中ΔF—试验机的示值误差;
—试验机三次示值的算术平均值;
F—标准测力仪上的标准力值;
K—标准测力仪的温度修正系数;
t0—标准测力仪定度温度;
t—环境温度 (检定试验机时) 。
3 输入量的标准不确定度评定
3.1 输入量F的标准不确定度u (F) 的评定
输入量F的标准不确定度来源主要是试验机的重复性, 可以通过连续测量得到测量列, 采用A类方法进行评定。
对于一台1 000 kN的试验机, 选择满量程的20%作为测量点, 连续测量十次, 得到测量列入表1所示。
任意选择三台同类型试验机, 每台分别在满量程的20%、80%负荷点进行测试。每点在重复性条件下连续测试十次, 共得到六组测量列, 每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如表2所示。
自由度为VF=m (n-1) =54
实际测量情况, 在重复条件下连续测量三次, 以该三次测量值的算术平均值为测量结果, 可得到
3.2 输入量F的标准不确定度u (F) 的评定
输入量F的不确定度主要来源于标准测力仪。可根据检定证书给出的相对扩展不确定度, 年稳定度来评定, 即B类方法进行评定。
标准测力仪检定证书给出的相对扩展不确定度U95=0.061%, 包含因子k=1.98;年稳定度为±0.3%, 估计为均匀分布, 取包含因子。在测量点200 kN处, 标准不确定度为
3.3 输入量t的标准不确定度u (t) 的评定
输入量t的不确定度主要是测量过程中的实验室温度波动, 温度计的示值误差可以忽略, 实验室温度波动不大于2℃/h, 故a=2℃。按均匀分布, 取, 得标准不确定度为
3.4 输入量标准测力仪温度修正系数K的标准不确定度u (k) 评定
温度修正系数K由于修约而导致的不确定度, a为0.00005/℃。按均匀分布, 取
4 合成标准不确定度的评定
4.1 灵敏系数
根据JJG144-1992《标准测力仪检定规程》, 检定温度为15℃～25℃, 又根据JJG139-1999《拉力、压力和万能试验机检定规程》, 测力仪使用温度为10℃～35℃。取t0=15℃, t=35℃, 温度修正系数K=0.00027/℃, F=200 kN, 则
4.2 标准不确定度汇总表
输入量的标准不确定度汇总于表3。
4.3 合成标准不确定度的计算
输入量F与F及t、K彼此独立不相关, 所以合成不确定度可按下式得到
4.4 合成标准不确定度的有效自由度
5 扩展不确定度的评定
取置信概率p=95%, 按有效自由度Veff=50, 查t分布表得到
扩展不确定度为
相对扩展不确定度为
6 扩展不确定度的报告与表示
试验机各测量点负荷示值误差测量结果的相对扩展不确定度为
同理, 可计算出80%处:U95rel=0.36%Veff=53≈50
参考文献
万能材料试验机 篇7
新疆春季风沙灾害天气较多,由于目前使用的地膜强度较低,受风沙破损严重[3,4],导致重新覆膜播种,种植成本增加,且残膜不能完全回收,污染严重。目前,新疆南疆地区种植棉花均增加防风隔断防止风沙破损,致使劳动力增加,地膜采光面减小; 人工揭膜和捡拾残膜,劳动强度高,效率低,无法清除耕层残膜,大量的残膜污染严重影响作物的生长和发育,且污染周边环境[1]。针对以上问题,研制成功一种加强筋地膜。该地膜抗拉强度增大,抗风沙作用破损能力提高,不需要增加防风隔断,增大了地膜采光面[9]; 残膜回收期间,该地膜在加强筋的作用下,仍然有很大抗拉强度,人工揭膜可一次性回收残膜95% 以上。
1 加强筋地膜设计思路
本加强筋地膜针对现有普通地膜进行加强,目的是防止风沙对地膜的破坏,且方便残膜回收。加强筋地膜是一种新概念,就是在现有地膜的基础上,研制一种加强筋。该加强筋为透明塑料胶带,以Bopp双向拉伸聚乙烯薄膜为基材,经过加温均匀涂抹压敏胶乳液制得。其粘结力强、贴合速度快、损耗少,厚度为0. 012mm,宽度为10mm,利用加强筋地膜加工机械和普通地膜迅速粘结[7]。因此,要求加强筋即可与地膜很好粘结,还要有足够的强度和延展性。
新疆种植生产棉花主要有760mm等行距、( 680 +80) mm×100mm和 ( 660 + 100 ) mm×100mm3种栽培模式。为了适宜棉花种植模式,加强筋布置在种行两边,避免种子播在加强筋上,出现漏播情况。图1所示为适宜( 660 + 100) mm×100mm棉花栽培模式的加强筋地膜示意图。
1. 加强筋 2. 普通地膜 3. 种行
2 试样规格
加强筋使地膜的抗拉能力增强,能有效减少残膜污染。本文对加强筋地膜和普通地膜的力学性能进行分析和对比。试验统一采用GB /T - 1040 - 79标准,使用WDW - 10J型电子万能试验机,对加强筋、加强筋地膜、普通地膜进行拉伸,拉伸速度为5mm /min。对试样采用模具进行压切,其形状、尺寸和材料采用GB / T1040。样本试样标准如图2所示。
试样分为夹具夹持部分n、过度部分( 忽略不计)和待测部分( L - 2n) 。标距( L - 2n) 是待测部分的主体,其截面积为A0。按标距( L - 2n) 与其宽度D之间成比例( 5∶1) ,拉伸试验的样本分为加强筋地膜、加强筋、普通地膜,其试样如图3所示。
样本的制作采用( 150×10) mm的刀具,切削工具采用KY - 4025型冲片机,压制样本时采用人力旋转进行切削。切削时,将试样折叠几层,进行一次压制样本,根据试样 的材料的 不同,各取5个样本,采用WDW - 10J型电子万能试验机进行拉伸试验。
WDW - 10J型电子万能试验机的性能参数如下:
测量范围 /N: 20 ~ 10 000
试验力示值相对误差 /% : - 0. 5 ~ 0. 5
横梁最大行程 /mm: 800
横梁移动速度范围 /mm·min- 1: 0. 05 ~ 500
加载荷方式: 高精度丝杠驱动
位移分辨率 /mm: 0. 01
横梁速度相对误差 /% : - 0. 5 ~ 0. 5
机器质量 /kg: 约200
横梁速度设定方式: 人机对话式13级设定
3 力学性能参数分析
试验过程中的性能参数如表1所示。随着恒速拉伸,普通地膜塑性较好,破坏载荷约为1. 42N,断裂载荷为1. 08N。加强筋塑性较差,但破坏载荷为29. 66N,断裂载荷为26N,高于普通地膜力学性能。加强筋地膜力学性能与加强筋力学性能相近,加强筋地膜的破坏载荷为30. 76N,断裂载荷为29. 6N。
加强筋地膜的断裂载荷与加强筋的断裂载荷为离散点,离散点揭示拟合曲线的发展趋势,该曲线采用最小二乘法进行曲线拟合。目标函数为
S( x) 的一般表达式为线性形式,若k( x) 是k次多项式,S( x) 为n次多项式,使该式更具有一般性,考虑加权 平方和。由的S( x) 中求一函数使最小。则有
其法线方程可写为也可写成矩阵形式
其中,有
设φ0( x) ,φ1( x) ,φ2( x) ,…,φn( x) ∈C[a,b]的任意线性组合点集 { xi,i = 0,1,2,,…m} ( n≤m) 上至多只有n个不同的零点,显然1,x,x2,…,xn对任意( n≤m) 满足条件。从而得到函数f( x) 的最小二乘解为
根据表1资料进行分析破坏载荷与断裂载荷之间的关系,对数据进行拟合,设曲线S1( x) = a0+ a1x ,则有
经计算得a0= - 8 365. 5 ,a1= 322. 9。
所求拟合曲线为S*1( x )= - 8 365. 5 + 322. 9x。
拟合曲线的自变量为加强筋的断裂载荷,因变量为加强筋地膜的断裂载荷。断裂载荷是加强筋地膜变形的关键阶段,是评定加强筋地膜力学性能的重要指标,其大小影响残膜回收效率。根据购置的加强筋的断裂载荷可以推测加强筋地膜的断裂载荷,检测购置加强筋是否满足要求。加强筋地膜的研制成功,基本解决农业残膜污染问题,其残膜回收率较高,缓解了农业生产中劳动力的不足,为后续的生产提供了保障[2]。
4 试验结果分析
普通地膜、加强筋、加 强筋地膜 断裂载荷 的对比[5,8],如图4所示。普通地膜的断裂载荷为离散点,其曲线接近直线; 而加强筋和加强筋地膜的离散点浮动较大,但拟合曲线仍为线性。故其断裂载荷浮动在一定的范围内,这为相同材料属性的实验提供了科学依据。
断裂载荷是加强筋地膜的力学性能重要指标之一,断裂载荷直接影响加强筋地膜残膜回收效率。普通地膜的断裂载荷最大约为1. 5N,人工揭边膜时残模埋于土下,残膜上土的压力超过普通地膜断裂载荷,导致残膜无法回收,是农业白色污染的主要原因。而加强筋的断裂载荷约为26N,加强筋的力学性能直接影响加强筋地膜的力学性能,断裂载荷约为普通地膜的24倍。而加强筋地膜由于存在加强筋,其断裂载荷明显高于普通地膜,约为29. 6N,为普通地膜的27. 4倍。加强筋有效提高了加强筋地膜的力学性能,提高了残膜回收效率。
本课题组研制的加强筋地膜源于普通地膜的残膜回收率较低、污染严重、浪费劳动力及农业成本增加等问题。加强筋地膜的研制成功基本解决农业残膜污染问题,残膜回收率为95% ,缓解了农业生产中劳动力不足,为后续的生产提供了保障。
5 结论
1) 加强筋地膜的拉伸强度约为54. 972MPa,破坏载荷为29. 66N,断裂载荷为26N。
2) 加强筋地膜比加强筋力学性能高。该加强筋地膜约26N时发生断裂,而加强筋地膜,约29. 6N时样本发生断裂。
3) 普通地膜的断裂载荷最大约为1. 08N,加强筋的断裂载荷约为26N,加强筋的断裂载荷约为普通地膜的24倍。而加强筋地膜的断裂载荷约为29. 6N,约是普通地膜的27. 4倍,加强筋地膜其它力学性能完全优于普通地膜。
摘要：确定加强筋地膜设计思路,采用电子万能试验机对加强筋地膜、普通地膜、加强筋的破坏载荷、拉伸强度、屈服载荷、断裂载荷、断裂变形等进行对比分析。采用最小二乘法对加强筋地膜的破坏载荷和断裂载荷进行曲线拟合,运用Origin Pro.v8.5.1对数据进行处理。研究表明,加强筋地膜研制成功促进了农业生产,提高残膜回收率,有效地减少农田白色污染。
关键词：加强筋地膜,电子万能试验机,最小二乘法
参考文献
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万能材料试验机 篇8
技术改造的关键是测量数据的自动采集及加荷速度的自动控制。为了提高系统精度,数据采集采用A/D公司推出的由缓冲器和增益可编程放大器、Σ-Δ调制器、可编程数字滤波器等组成的16位双通道A/D转换器AD7705,它能够直接将传感器检测到的微小信号进行A/D转换,其具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点,适合于数据采集系统中信号处理的需要。
1系统硬件设计
每个试验站一般都有多台试验机,为了降低测控系统的成本,系统采用集中管理分散控制模式,即由1台上位机(PC机)、多台下位机(单片机)组成。下位机采用单片机技术,构成智能式现场测量控制系统,实现试验数据的自动采集及加荷速度的自动控制。微型计算机具有容量大,易于进行大量的数据处理、存储和输出等特征。而单片机系统集成度高、功能强、成本低廉、体积小,恰到好处地弥补了微型计算机系统体积大、操作繁琐、成本高、不宜推广等缺陷。这种控制模式充分利用系统的硬件资源,实现上位机、下位机的优势互补,提高了系统性能价格比,符合本系统的设计宗旨。系统组成如图1所示。
2数据采集通道设计
本系统需要采集实验过程中压力、位移(棒料实验)2个数据,经研究及查阅相关资料,A/D转换器确定采用AD7705,它具有2 个全差分输入通道,16位无丢失代码,0.003%非线性,可编程增益:1～27;串行数据接口包括5个:片选输入口CS,串行施密特逻辑输入时钟SCLK,数据输入口DIN,转换数据输出口DOUT,数据准备就绪状态信号输出口DRDY[2]。
每个下位机系统只有1片AD7705,为了节省单片机的I/O线,CS端通常接低电平,配置成三线连接方式。为了提高系统运行速度DRDY输出引脚接至CPU的INT0以中断的方式读取数据。由于MCS51系列单片机的串行接口用于与上微机的通信,因此,只能利用单片机的I/O口通过软件模拟的方法,实现与带有串行接口的I/O芯片的联接。实现的方法是利用MCS51系列单片机的I/O口线,控制所连接芯片的串行时钟和数据传送,操作过程由软件控制数据传送以及时序(即各过程的时钟周期)。AD7705的SCLK端接AT89C52的P1.0管脚,数据输入、输出端DIN、DOUT一同接P1.1管脚, DRDY接单片机的INT0管脚,通过中断方式实现对AD7705中寄存器数据的读取。DRDY端也可接普通P1,P2口中未用的管脚,通过软件查询该管脚是否为低电平,实现对AD7705中寄存器数据的读取。AD7705与单片机的连接如图2所示。
单片机(AT89C52)的时钟为11.059 2 MHz。AD7705的主时钟(Y)取2.457 6 MHz,可编程的增益设置为64。AD7705的基准电压取自传(位移、压力)感器的供电电压,如图2所示,经R1,R2(R1=15 kΩ,R2=5.6 kΩ)分压后给AD7705提供约1.3 V的基准电压,因此工作电压的波动不会产生系统测量误差[3]。传感器输出的差分信号(满量程值≤20 mV)可直接送到AD7705中进行模数转换。省去常规的信号调理环节,电路简化,提高了系统的可靠性。
3软件设计
3.1 上位机软件
上位机软件采用VB 6.0编程,主要由主控界面、系统设置、数据采集(与下位机的通信)、数据处理(计算、存储)、实验报告打印、系统帮助等5部分组成。
3.2 下位机软件
下位机(单片机)的软件包括主程序、初始化程序(中断系统、AD7705、串行通信口等的初始化)等。本文只重点阐述单片机与AD7705数据交换部分的软件。
AD7705共有8个片内寄存器,它们是通信寄存器、设置寄存器、时钟寄存器、数据寄存器以及几个测试和校准寄存器。这些寄存器的任何操作都必须先写通信寄存器,然后才能对其他寄存器进行操作。
在编写单片机与AD7705的数据交换程序时,一定要注意AD7705的数据格式,AD7705串行输入、输出的数据MSB在前,对AD7705寄存器进行配置之前必须将命令字按此顺序写入;同样从AD7705数据寄存器中读取到单片机时也要注意数据的排列顺序。数据寄存器是一个16位只读寄存器,它用来存放AD7705的最新转换结果,它由2个8位存贮单元组成,因此必须分成2个8位分别进行排序[4]。另外,对AD7705寄存器进行读写操作,必须严格按照其时序要求操作。AD7705的配置与设计的硬件紧密相关,只有在正确配置的情况下才能正常工作。下面分别给出AD7705的设置及读、写操作子程序。
3.2.1 AD7705初始化子程序
AD7705初始化子程序为:
通道2的初始化与此类似。
3.2.2 AD7705写操作子程序
AD7705写操作子程序为:
3.2.3 AD7705读操作子程序
AD7705读操作子程序为:
3.2.4 INT0中断子程序
INT0中断子程序为:
4结语
AD7705以其本身的低价格、高精度、可编程增益、自校准、小信号的转换不需附加另外的器件,使得其在数据检测领域具有很大的应用前景。本系统应用AD7705对压力、位移信号的处理及数据采集,能够在同一时刻采集到位移、压力的数值,为数据的处理、分析带来极大的方便,性能指标达到预期的效果。系统的造价低廉、性价比高、适合于各试验站的设备改造,与购置同样功能的新设备相比,每台可节约2～4万元资金,更适合于我国的国情。
参考文献
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