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        基于Labview的材料力學綜合試驗臺測試系統(tǒng)研究*

        2014-03-22 09:07:02張春青
        計量技術(shù) 2014年6期
        關(guān)鍵詞:手輪實驗臺材料力學

        張春青

        (承德石油高等??茖W校,承德 607000)

        0 引言

        材料力學是工科院校機械類和近機械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,材料力學試驗是該課程的重要組成部分。在實際中需要先對材料進行力學性能指標測定,只有符合力學技術(shù)指標的材料才能使用于工程上,這就要求學生必須掌握一定的力學試驗檢測方法和技能。其所需的實驗設(shè)備應(yīng)該滿足實驗內(nèi)容和新的測試方法的要求。但目前我校的實驗設(shè)備過于老化,因此在原來實驗室基礎(chǔ)上設(shè)計了基于Labview的材料力學綜合試驗臺測試系統(tǒng)。

        1 試驗臺測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        試驗系統(tǒng)由實驗臺、應(yīng)力應(yīng)變采集系統(tǒng)、計算機與打印設(shè)備四部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        圖1 試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        其中,采用臺灣研華的PCI1713高速采集卡和美國國家儀器公司(簡稱NI公司)的軟件Labview編寫的應(yīng)力應(yīng)變采集系統(tǒng),具有采集應(yīng)變和應(yīng)力信號,并計算結(jié)果和繪制曲線的功能。

        2 功能介紹

        2.1 試驗臺

        本試驗臺主要由底座、立柱、加載機構(gòu)和測試部分組成。底板采用鑄鐵材料,以保證實驗臺的穩(wěn)定性;單根矩形截面立柱支承加載手輪,結(jié)構(gòu)簡單,且滿足強度和剛度要求;加載部分采用螺旋手輪進行加載,利用雙向推力球軸承傳遞外力,摩擦阻力小,加載頭不旋轉(zhuǎn),可移動行程長,載荷穩(wěn)定可靠,測試部分主要是拉壓力傳感器,應(yīng)變片和基于Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該試驗臺通過變換支承形式、試件以及軟件選項可以進行如下實驗項目。

        1)材料拉伸測彈性模量E和泊松比ν,見圖2。在實驗臺上安裝拉伸試樣,試樣上粘貼“T”字形應(yīng)變片。

        圖2 測E,ν

        2)測剪切彈性模量G,見圖3。在實驗臺上安裝固定支撐、測試軸及軸端活動可調(diào)支座,使可調(diào)支座與實驗臺底座接觸,貼45°電阻片,利用全橋或半橋電測法,測試計算剪切彈性模量G。

        圖3 測彈性模量G

        3)梁的純彎曲正應(yīng)力測定,見圖4。將彎曲試樣放在支座上,中間安放加力粱,使測試試樣的中間部位產(chǎn)生純彎曲。測試梁純彎曲處粘貼5個測試點應(yīng)變片和端部貼上溫度補償片,以驗證純彎曲正應(yīng)力分布規(guī)律。

        圖4 彎曲正應(yīng)力測定

        4)彎扭組合測主應(yīng)力,如圖5所示。將可調(diào)支座去掉,采取懸臂梁形式,加載后圓軸受彎扭組合變形。在圓軸上粘貼45°應(yīng)變片,由測試軟件讀出0°、45°、-45°的應(yīng)變,從而計算主應(yīng)力的大小和方向。

        圖5 彎扭組合測定

        2.2 測試軟件

        圖6 應(yīng)用軟件設(shè)置流程圖

        試驗系統(tǒng)中載荷和應(yīng)變的信號經(jīng)多通道測試系統(tǒng)采集放大,經(jīng)研華PCI1713板卡采集,并由計算機處理顯示。本系統(tǒng)最多可接32路應(yīng)變通道,每路通道均可以連接為1/4橋、半橋和全橋,適用于各種橋路測試。通過Labview軟件,設(shè)計人性化的操作界面,全數(shù)字化智能設(shè)計。各通道自動切換,橋路自動平衡。設(shè)有掃描采樣、定點采樣、定載荷采樣。實時數(shù)據(jù)、曲線顯示,測試數(shù)據(jù)既可以顯示為數(shù)據(jù)列表,也可以顯示為圖形,并有數(shù)據(jù)存儲、查詢、打印等功能。應(yīng)用軟件設(shè)置流程如圖6所示。測試界面如圖7所示。

        圖7 測試界面

        3 結(jié)論

        與原來的力學試驗臺相比,基于Labview的力學試驗臺特點在于:

        1)加載采用螺旋手輪無級加載,利用雙向推力球軸承傳遞外力,摩擦阻力小,靈活方便,加載頭不旋轉(zhuǎn),可移動行程長,使載荷穩(wěn)定可靠。

        2)功能強大,具有應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示、存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、打印等功能。

        3)由于軟件在測試過程中充當了以往由硬件實現(xiàn)的角色。減少了原來測力儀和應(yīng)變測試儀的時間漂移和零點漂移問題,使系統(tǒng)的測量精度、測量速度和可重復(fù)性都大大提高。

        4)測試功能易于擴展,軟、硬件維護和開發(fā)的費用降低。

        [1]PCI-1713 32-channel isolated Analog Input Card User’ Manual.

        [2]Gary W Johnson,Richard Jennings.LabVIEW圖形編程.北京:北京大學出版社,2002

        [3]蔡廣新,劉春海,范黎光.材料力學綜合實驗臺.技術(shù)教育學報,1997(3):45-47

        [4]謝占魁,等.電子式材料力學組合試驗臺的研制與應(yīng)用.實驗技術(shù)與管理,2004(2):91-94

        [5]郭占山,趙質(zhì)良.在LabVIEW中生成測試報表方法探討.計量技術(shù),2008(11):43-46

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