山东万辰试验机有限公司

济南万测拉力试验机针对拉伸试验新标准的改进

更新时间:2016-12-28 来源:拉力试验机关闭

       《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》—UB/T 228。1-2010于2011年12月1日已经正式实施。新标准以国际上最新的ISO 6892-1:2009作为依据,使新标准的修订更接近国际通行的检测标准,对中国钢材的生产和检验的标准化和国际化起到了至关重要的作用。作为新国标的起草单位之一,更能够深入理解新国标中关于试验前要求、采样频率、试验控制方式、结果处理等方而的修正对材料检测结果真实值的影响,自主研发生产的金属拉力试验机无论从机械结构上,测控系统和软件设计上,都更加符合新标准的要求,测量的结果更加接近材料的真实值。我们对新标准中对试验要求的规定进行详细解读,并以该公司自主研发生产的金属拉力试验机为例,说明设备的测控系统设计和软件设计是如何适应新标准,更加接近材料的真实性能。

        新标准在试验要求方而增加了如下要求:1)拉力试验机零点的设置;2)试样夹持方法的确定;3)试验速率和控制方式的设定。

    1。拉力试验机需具备零点的设置

        在新标准中规定,在试验加载链装配完成后,试样两端被夹持之前,应设定力测量系统的零点。一旦设定了力值零点,在试验期间力测量系统不能再发生变化。这样做的目的一方而是为了确保夹持系统的质量在测力时得到补偿,另一方而是为了保证夹持过程中产生的力不影响力值的测量结果。为了适应新标准的要求,在上夹头夹紧以后,点击该按钮,设定力值零点。然后将下夹具夹紧,进行试验。如图1所示。

    2.试样夹持方法的确定

    山东万辰试验机有限公司     在新标准中规定,应使用例如楔形夹头、螺纹夹头、平推夹头等合适的夹具夹持试样。应尽最大努力确保电子万能试验机夹持的试样受轴向拉力的作用,尽量减小弯曲。这对试验脆性材料或测定规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度或屈服强度时尤为重要。

         为了得到直的试样和确保试样与夹头对中,可以施加不超过规定强度或预期屈服强度的5%相应的预拉力。为了满足在试验过程中施加预拉力的要求,在软件中的试验方法界而中,用户可以自己设定初载荷。点击试验开始时,横梁运动对试样进行加载,当加载载荷达到设定的初载荷以后,才正式进行试验。这样既尽量保证了夹持试样受轴向拉力,又可以避免试验初期夹具和试样未完全啮合时出现的打滑现象。如图2所示。

    山东万辰试验机有限公司 3.试验速率和控制方式的设定

        为了减小测定应变速率敏感参数性能时试验速率变化和试验结果的测量不确定度,新标准中提出了方法a,即应变速率控制的试验方法。方法a中阐述了两种不同类型的应变速率控制模式。第1种应变速率是基于引伸计的反馈而得到的。第2种是根据平行长度估计的应变速率,即通过控制平行长度与需要的应变速率相乘得到的横梁位移速率来实现。

        如果材料显示出均匀变形能力了,力值能保持名义的恒定,基于引伸计反馈的应变速率和根据平行长度估计的应变速率大致相同。如果材料展示出不连续屈服或锯齿状屈服,两种速率之间会出现不同。如果能够控制变形发生在引伸计标距之内,则首先考虑使用引伸计反馈得到的应变速率,以消除液压万能试验机柔度对试验结果的影响。

    3. 1应变控制软件功能的添加

        为了适应新标准的要求,使测量结果更加接近真实值。软件中在原有位移控制、应力控制的基础上完善了应变控制。如图3所示。在应变速率设定上可以根据不同的试验阶段选择新标准中规定的应变控制速率。这样在试验过程中就可以实时监控时间-应变,力-应变的变化过程。

    3. 2应变控制测控系统

        所谓应变控制,就是在设定应变速率以后,将引伸计采集的变形作为反馈信号,与设定的应变速率进行比较,从而进行PID控制,如图4所示。

        为了实现应变控制,采用基于DSP+CPLD的测控系统设计,采用模块化的设计,专门设计3块信号采集模块,分别采集力值信号、轴向变形信号、横向变形信号,系统如图5所示。

        金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法中对数据采集频率做了具体要求:对于每一个测量通道的机械和电子元件的频带宽带和采样频率应足够高,以便记录被测材料的特性。例如为了测量Reh,最小采样频率应满足公式(1):

    fmin=[(e×E)/(ReH×q)]×100

    式中:fmin为最小采样频率,s-1;e为应变速率,s-1;E为弹性模量,MPa;q为拉力试验机测力系统的准确度级别;ReH,为上屈服强度,MPa。

        为了完成数据的采集,保证拉力试验机的分辨率达到正负1/500 000,采用24位高精度AD转换芯进行信号的模数转换。高精度24位A/D转换器,最高转换频率为20 kHz。它采用了Σ-△调制技术,在宽动态范围内保证具有24位无损失码,当数据传输频率达到20 kHz时,仍能得到19位的有效分辨率。AD采用差分输入,经过Σ-△调制器转换成数字信息的数字脉冲序列,再由数字滤波器进行处理。AD芯片直接和 CPLD相连接,由CPLD为AD提供控制信号和时钟信号,而AD的数据输出则直接连接到CPLD的引脚,由CPLD将AD转换的数据读入内部寄存器中,完成数据读入,DSP每隔1 ms对CPLD中的数据进行读取,并将数据上传到上位机进行处理,保证了采样频率和通频带。

    3. 3应变控制试验

        电子拉伸拉力试验机实现应变控制后,首先应用到了钢铁研究总院国家钢铁材料测试中心,在应变控制试验中起到非常重要的作用。下而给出1组在该公司自主研发生产的电子拉伸拉力试验机NCS UNT100上进行的应变控制试验结果,如图6所示。试验条件为开始阶段为引伸计采集的应变控制0.00025/s,在屈服阶段结束后,按照标准推荐的方法,由应变速率和平行长度换算得到横梁位移速率。从试验曲线中可以看出:应变控制阶段平稳准确,速率由0/s平稳增加到0.00025/s,随后在应变控制阶段一直保持0.00025,应变控制的稳定性保证了试验结果的准确性。

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