测试材料的主要设备：落锤式冲击试验机及冲击测量控制系统

测定材料力学性能的主要设备是材料试验机。 常用的材料试验机有拉力试验机、 压力试验机、 扭转试验机、 冲击试验机、 疲劳试验机等。 能兼做拉伸、 压缩、 剪切、 弯曲等试验的试验机称为万能材料试验机。 根据加力的性质可分为静荷试验机和动荷试验机。

下面将着重介绍两种典型的材料试验机： 电子万能材料试验机和落锤冲击试验机。

1.电子万能材料试验机

电子万能材料试验机是采用各类传感器进行力和变形检测， 通过微机控制的新型机械式试验机， 可用于现代弹药弹载结构中的金属、 非金属材料的拉伸、 压缩、 弯曲、 剪切、 剥离等力学性能测试分析研究， 具有应力、 应变、位移3 种闭环控制方式， 可求出最大力、 抗拉强度、 弯曲强度、 压缩强度、弹性模量、 屈服强度等参数。 此外， 它还具有测量精度高、 加载控制简单、试验范围宽等特点， 以及能够提供较好的人机交互界面， 具备对整个试验过程进行预设和监控、 直接提供试验分析结果和试验报告、 试验数据和试验过程再现等优点。

现以某型微机控制电子万能试验机(图5 -1) 为例， 简单介绍其主要构成和工作原理。

图5-1　某型微机控制电子万能试验机

1) 主要组成

该材料试验机的试验空间为下空间， 主要由主机(包括机架、 底座、 传动系统)、 夹具、 变形测量系统、 软件系统、 电气系统构成。

设备的主要配置： 主机框架及传动部分一套； 伺服电动机及伺服器一套(日本三菱品牌)； 负荷传感器一只(美国全力或世铨品牌)； DCS -300 测量控制系统一套； 10 kN 楔型拉伸夹具一套； 压缩夹具一套。

2) 工作原理

在测试系统接通电源后， 微机按试验前设定的数值发出横梁移动指令，该指令通过伺服控制系统来控制主机内部的伺服电动机转动， 经过皮带、 齿轮等减速机构驱动左、 右丝杠转动， 由活动横梁内与之啮合的螺母带动横梁上升或下降。 装上试样后， 试验机可通过载荷、 应变、 位移传感器获得相应的信号， 该信号放大后通过A/D 转换器进行数据采集和转换， 并将数据传递给微机。 微机一方面对数据进行处理， 以图形及数值形式在微机显示器上反映； 另一方面将处理后的信号与初始设定值进行比较， 调节横梁移动改变输出量， 并将调整后的输出量传递给伺服控制系统， 从而可达到恒速率、 恒应变、 恒应力等高要求的控制需要。

2.落锤冲击试验机(www.xing528.com)

落锤冲击试验机是将重锤从不同高度冲击到试样上， 通过传感器记录并计算出试样冲击韧性的试验机。 它可用于模拟弹载结构材料在内弹道发射过程中所受到的冲击载荷环境， 通过对冲击信号数据高速采集和冲击波形实时控制与分析， 可评定冲击荷载下的材料或结构的冲击适应性和动态抗高过载能力。 通过改变跌落高度和波形发生器的有关参数， 还可以获得不同波形、不同脉冲宽度、 不同脉冲加速度值的冲击载荷。

现以某型落锤式冲击试验机(图5 -2) 为例， 简单介绍其主要构成和工作原理。

图5-2　某型落锤式冲击试验机

1) 主要构成

该落锤式冲击试验机主要由台体、 冲击测量控制系统组成。

(1) 台体， 由底座、 导轨组成工作框架， 由提升机构、 移动横梁、 锤头组成活动部分。 移动横梁和锤头， 可在提升机构的牵引下沿两个立柱上的导轨做上下滑动， 保证锤头在释放后可以沿直线落下。 提升机构采用超低速刹车电动机， 通过变频器控制电动机可使移动横梁定位在任何位置上。 锤体由吊环、 锤体主体、 配重铊、 压紧螺母、 锤头座、 锤头等主要部分组成。 锤体是落锤试验机中最主要的工作部件， 冲击试样过程中需要承受巨大的冲击力、弯曲力和振动。

(2) 冲击测量控制系统主要为冲击试验台配套的测量控制和分析系统。它是一套基于DSP (Digital Signal Processing， 数字信号处理) 的高精度动态冲击测量控制系统， 主要由数据实时处理箱和应用于PC 的应用软件两部分组成， 如图5 -3 所示。

图5-3　KCL-2000 冲击测量控制系统

2) 工作原理

移动横梁内含电磁铁， 当移动横梁下落接近锤头的挂钩时， 通过移动横梁重力作用使挂钩钩住， 同时与电磁铁连接的销子落下， 使挂钩自锁。 当电磁铁得电后， 销子得电， 挂钩在弹簧的作用下打开， 锤头落下。 其冲击信号通过传感器送给冲击测量控制系统， 由DSP 处理器完成冲击信号数据的采集、滤波、 实时控制和分析等。 通过冲击波形的分析， 可以评判冲击载荷模拟的逼真度及有关材料抗过载试验结果的可靠性。