長期從事壓力容器和其他工程結構的應力分析、強度設計、斷裂行為和疲勞性能研究,多年參與國家科學技術部大型設備升級改造技術開發與推廣,參與我校211、985和世界銀行貸款項目的組織與實施,在實驗室建設、實驗設備開發和實驗技術研究方面開展工作,其中,教學改革項目《堅持高標準,創建新體系》獲北京市教育成果一等獎,國家教育成果二等獎,《疲勞試驗機計算機控制及數據處理》和《島津試驗機數據系統》分獲清華大學實驗技術成果一、二等獎。
3 Sun Zhenhua Luo Huiyang Zhao Shiqi Fatigue Crack Propagation Behavior of Rubber Toughinged Epoxy Resin TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.5,No.1,Mar. 2000 4 J.H.Liu D.B.Zeng Zh.H.Sun Measurement of Fatigue Damage of Ductile Cast Iron with Ultrasonic FATIGUE ’99 Vol.3/4 pp2041-2046 HIGHER EDUCATION PRESS 1999
1、電子萬能試驗機 包括門市機架和懸臂式機架
標準配置:PCI總線CPLD測控卡,進口伺服系統,品牌微機,A4單色激光打印機、拉伸、壓縮、彎曲夾具,輪輻式負荷傳感器,夾式引伸計。
功能特點:
門式機架設計,構成了高剛性的框架結構;
高精度、無間隙滾珠絲杠,提高了傳動效率和位移精度;
品牌計算機、專用測控軟件、PCI總線CPLD測控卡、進口交流伺服驅動系統等測控單元組成,使本機保證了高精度和高可靠性;
位置、載荷、變形、速度閉環控制,各種控制環可自動切換,平滑過渡;
能夠實現試驗過程全部自動化。
位置、載荷、變形、速度數碼顯示,力-時間、變形-時間、力-變形和力-位移試驗曲線自動換檔屏幕顯示,各種曲線可以隨意切換、隨意縮放;有曲線遍歷、曲線疊加功;
位置硬件保護,位置、載荷、變形軟件保護,斷裂自動識別;
試驗參數自動/手動分析、計算,測試結果文件輸出和打印輸出,試驗報表自動生成;
開放式試驗程序自助設計,試驗過程自動完成。
精度等級:1級(根據用戶需求可生產0.5級精度產品)
執行標準:滿足用戶需要的相關標準。
應用范圍:各種工程材料(金屬、非金屬、建材)標準試樣拉伸、壓縮、彎曲試驗,非標準小型結構件型式檢驗和力學性能試驗。
技術參數:
型 號 |
WDW10 |
WDW20 |
WDW30 |
WDW50 |
WDW1000 |
WDW200 |
最大試驗力(KN) |
10 |
20 |
30 |
50 |
100 |
200 |
試驗力測量精度 |
1級或0.5級 |
|
試驗力測量范圍 |
1級為1% ~ 100%FS,0.5級為0.4% ~ 100%FS |
速度范圍 |
0.05 ~ 500 mm/Min |
速度測試精度 |
±0.5% |
變形測試精度 |
±0.5% |
位移分辨率 |
0.005 mm |
橫梁行程 |
1000 mm |
1200 mm |
主機尺寸 |
700×500×1800 |
960×640×1980 |
960×640×2100 |
主機重量 |
550kg |
1100kg |
1500kg |
2、高低溫沖擊試驗機
該款高、低溫示波沖擊試驗機在完全滿足常規沖擊試驗需求的基礎上,具有三個重要的特性:沖擊試驗流程的智能化、可靠地支持高、低溫沖擊試驗、沖擊力曲線的采集和顯示。與試驗機配套的控制軟件界面如下所示:

圖1 控制軟件主界面
軟件界面由主菜單欄、數據面板、曲線面板和控制面板組成。數據面板實時地顯示擺錘的角度、沖擊能量、溫度、溫控(沖擊)時間等參數;曲線面板顯示沖擊曲線和溫度控制曲線;控制面板則負責控制沖擊流程。軟件界面友好,操作簡單,功能清晰實用,為實現本產品上述三個特點提供了有力的保障。
1. 智能化的沖擊流程
利用本產品進行沖擊試驗時,用戶只需將試件放入位于溫控箱中的試件槽內,利用專門提供的試樣推送機構將被試試件從溫控箱中推出,設置在溫控箱外側的接近開關在檢測到推桿時發出動作信號將升降平臺自動抬起,確保試件順利通過。位于試樣支座上的限位裝置能檢測到試件到位與否,并控制試樣定位裝置將試件夾緊。待推桿退出后,升降臺自動下落回位并觸發擺錘擒縱機構和數據采集系統。為了獲得更可靠的安全保障,特別設置了手動觸發按鈕,采用手動觸發模式時,手動觸發按鈕被置于”閉合”狀態時,擺錘才下落并觸發和數據采集系統?刂栖浖䲡詣佑涗洓_擊全過程數據,并自動計算沖擊能。
本系統可以實現批試件的連續沖擊和試驗數據的記錄分析。
2. 高、低溫沖擊
本沖擊試驗機通過對電熱器或液氮罐電磁閥的控制,還可以實現批試件的高、低溫沖擊。溫控系統具有保證合適的升降溫速度、溫度保持好、溫度控制精度高的特點。啟動軟件上的“開始溫度控制”按鈕,便可開始變溫,當溫度到達目標溫度附近時,軟件會指示溫度保持時間,以便試驗人員決策。下圖顯示了本系統將溫度從室溫依次降到0度、-15度、-50度和-100度的情形,從圖中可以看出,本溫控系統能快速地將溫度降低到目標溫度(從15度到-100度耗時僅10余分鐘),并且能穩定地維持在目標溫度正負1度的范圍內。

圖2 溫度控制曲線
低溫試驗表明,當溫度降低到-100度時,溫控箱具有良好的隔熱效果,無結霜現象出現。
3. 沖擊曲線的采集
通常的沖擊試驗機僅能根據沖擊擺的揚角來計算沖擊中損失的能量,試驗人員無法對沖擊過程有詳細的了解。本試驗機在底座上設計了力傳感器,專門設計了高頻低噪采集卡,能將沖擊的動態過程完整地記錄下來,為試驗人員分析材料的動態性能提供了依據。一個典型的沖擊曲線如圖1所示。
采集到的沖擊數據直接保存為數據文件,供試驗人員后分析使用。
用戶可根據需要設定采樣頻率,最高采集頻率為500KHz。
3、 壓剪試驗

4、試驗機測控卡MTMCC及控制軟件FGTest
FGTest是本公司開發的一套試驗機控制系列軟件。
FGTest與我公司自主研制的萬能測控卡MTMCC配合,可適用于不同類型的材料試驗機,如各種微機控制電機驅動類試驗機、微機屏顯試驗機、微機控制電液伺服類試驗機和微機控制比例伺服類試驗機等。
用戶可以通過配置文件設定試驗機類型,針對不同試驗機類,軟件界面作相應的局部調整,形成不同的應用版本。下面以微機控制電子萬能試驗機為例,對FGTest的主要特點進行介紹。下圖是軟件的主控界面。

圖1 微機控制電子萬能試驗機控制軟件主界面
FGTest軟件集硬件參數設置、數據采集與分析、控制方案設定于一身,用戶不需借助其他程序即可完成所有的試驗工作,簡化了操作過程。軟件采用WindowsXP風格界面,大方美觀,操作簡單,功能清晰實用,易于被試驗人員掌握。
1. 靈活的硬件配置
萬能測控卡MTMCC為用戶根據需要配置硬件提供了硬件基礎,借助FGTest軟件,用戶可針對硬件所做的調整修改相應的配置參數。一塊采集卡最多可同時配置12個模擬信號通道,包括4個數字增益控制信號通道和8個擴展模擬信號通道,傳感器的量程和靈敏度均可通過軟件隨意設定。該卡配置了4路數字信號輸入,4路數字信號輸出,6路差分編碼信號計數,軟件會根據用戶設置自行調整板卡上可編程邏輯器件的參數,以滿足不同的需要。
該軟件實施參數設定分級管理模式,專業人員可通過使用授權密碼來對傳感器的詳細參數進行設定。
軟件支持打印硬件參數配置,以便用戶在不同主機上參考使用。
2. 高精度試驗數據采集
用戶可分檔或不分檔采集模擬信號實時測試數值及各自相應的峰值,最高分檔數為8檔,分檔時的精度為每檔量程20%開始示值的±0.05%,不分檔時的精度為全量程的%2示值的±1%。
試驗過程中采集到的信號值和位移值用直觀的數碼顯示,同時記錄力-時間、位移-時間、力-變形、力-位移曲線,可隨時切換顯示,任意縮放、移動查看。
采集過程中的數碼刷新頻率、曲線刷新頻率、數據采集頻率均可根據需要隨時修改,以達到最佳的采集和顯示效果。
用戶可設定破型判斷、過載保護等參數,控制試驗采集過程的進程,同時有效地確保試驗機運行于安全可靠的狀態。
3. 試驗結果分析與維護
軟件的標準配置包含國標GB228-87(金屬拉伸試驗方法)、GB/T228-2002(金屬材料室溫拉伸試驗方法)、GB7314(金屬壓縮試驗方法)等試驗方法,還可根據用戶需要定制特殊的試驗方法,用戶也可自行指定待分析參數。試驗方法和試驗結果均采用數據庫管理,自動保存所有試驗數據和曲線,用戶可方便地對歷史試驗數據進行分析。
提供批處理功能和試件模板管理功能,方便用戶可以進行批量試驗。
采用微機自動分析和試驗人員手工分析相結合的方式,分析計算試驗材料的機械性能指標。試驗結束時,軟件根據試驗標準(或用戶指定)確定需分析的參數,自動計算出彈性模量、屈服強度、非比例伸長應力等參數。在此基礎上,用戶可在曲線上直接調整分析參數,人工干預分析結果,以提高分析的準確性。分析的過程中,用戶可設定曲線的大小和顏色,亦可多條曲線比對分析,使得分析更加直觀。
在得到準確的分析結果的基礎上,用戶可根據需要自行設計試驗報表格式,打印試驗報告及相關曲線。
4. 控制性能參數
支持多種控制方式,按照控制步數的不同可分為單步程控和多步程控兩類。
單步程控包括等速位移、等速應力、等速應變、位移保持和力保持等多種閉環控制方式,用戶可自行設定等速位移(應力、應變)控制的速度檔位數目及檔位范圍。
多步程控包括金屬拉伸試驗、金屬壓縮試驗等,專業用戶也可使用軟件提供的多步控制編輯功能,定制特定的控制程序。
以上兩種控制方式均通過數字PID控制算法調整加載過程,等速控制誤差≤1%,保壓控制誤差≤0.5%,各套系統在出廠前均已設定好PID參數,一般情況下用戶不需修改即可達到理想的控制效果。
5、材料力學實驗多功能實驗架
設備概述 本試實驗裝置,是為材料力學、工程力學、建筑力學、結構力學課程特別設計的開放式實驗裝置。本裝置考慮到力學性能實驗和結構的力學性態測試實驗的空間布置需要和試驗載荷的容量要求與靈活性,特別配置了伺服電機驅動和電液比例驅動兩種不同性質的驅動系統。本裝置采用了計算機數據采集技術,以便獲得可以移植和后處理的數據文件。由于不同學校的教學目的不同和對系統的自動化程度要求不同,本裝置分成手動加載和計算機控制加載兩個系列。為了縮小設備空間占用量和降低設備投入,設備的主要結構均設計成標準試樣形式,因此減少了試件加工量,降低了試件制作成本和設備運行成本。為了保證開放式教學中學生的人身安全,力學性能試驗部分采用了安全保護設計,液壓驅動部分采用中壓結構(2MPa)。由于結構試驗樣品多種多樣,因此結構試驗加載平臺采用組合式設計,學生可以自由組合不同實驗,也可以根據試驗平臺基本結構參數自己設計實驗和試樣。
技術參數
設備型號 |
CLSY-01 |
CLSY- 02 |
加載方式 |
手動 |
計算機控制 |
主要實
驗功能 |
材料的力學性能實驗
1) 拉伸
2) 壓縮
3) 扭轉
4) 彎曲
5) 壓桿臨界載荷
結構模型力學性態測試
1) 組合梁彈性行為測試
2) 組合柱彈性行為測試
3) 框架彈性行為測試
4) 薄壁柱殼應力測試
5) 桁架內力分布測試
6) 剛架內力分布測試
7) 薄壁筒彎曲扭轉彈性行為測試 |
材料的力學性能實驗
1) 拉伸
2) 壓縮
3) 扭轉
4) 彎曲
5) 壓桿臨界載荷
結構模型力學性態測試
1) 組合梁彈性行為測試
2) 組合柱彈性行為測試
3) 框架彈性行為測試
4) 薄壁柱殼應力測試
5) 桁架內力分布測試
6) 剛架內力分布測試
7) 薄壁筒彎曲扭轉彈性行為測試 |
主要技
術參數 |
材料的力學性能實驗
最大實驗載荷 50KN
位移分辨率 0.005mm
載荷精度 0.5%
變形精度 0.5%
結構模型力學性態測試
最大介質壓力 2MPa
最大實驗載荷 10KN
位移分辨率 0.005mm
載荷精度 1%
變形精度 1% |
材料的力學性能實驗
最大實驗載荷 50KN
動橫梁位移速度0.1~20mm/Min
位移分辨率 0.005mm
載荷精度 0.5%
變形精度 0.5%
供電電壓 220V
電耗 150VA
結構模型力學性態測試
最大介質壓力 2MPa
最大介質流量 1l/Min
供電電壓 220V
電耗 500VA
最大實驗載荷 10KN
位移速度 0.1~10mm/Min
位移分辨率 0.005mm
載荷精度 1%
變形精度 1% |
基本配置 |
1、臺式計算機:主頻2G,內存256M,52速光驅,100G硬盤
2、多功能實驗架
3、輪輻式力傳感器、壓力傳感器
4、手動加載件
5、數據采集卡
6、數據采集軟件 |
1、臺式計算機:主頻2G,內存256M,52速光驅,100G硬盤
2、多功能實驗架
3、伺服電機及其驅動系統
4、電液比例加載系統
5、輪輻式力傳感器、壓力傳感器
6、實驗系統測控卡
7、實驗系統測控軟件 |