超塑性拉伸真实恒应变速率实验控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于超塑性万能试验机上的超塑性拉伸真实恒应变速率实验控制装置。它是由计算机、Ｄ／Ａ接口板和伺服放大器组成，该装置采用开环控制，计算机通过ＰＣ总线与Ｄ／Ａ接口板连接，计算机根据ν＝ｄＬ／ｄｔ＝ｄｌ／ｄｔ＝＊ｅ↑［＊ｔ］的程序将数值经Ｔ型滤波器、积分电路，以及运算放大器ＩＣ转化为电压模拟量，ＩＣ输出的电压输入到原机伺服控制系统，完成试验机活动横梁真实恒应变速率的位移控制。利用该装置还可以设计制造新型万能材料试验机。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Superplastic tensile true constant strain rate experimental control device

The present invention relates to a superplastic tensile real constant strain rate experimental control device for superplastic universal testing machines. It is composed of computer, D / A interface board and servo amplifier, the device adopts open-loop control, the computer through the PC connection with the D / A bus interface board, the computer according to the V = dL / dt = DL / dt = e = t * *, the program will be the T type filter, numerical integral circuit and, in the operational amplifier IC converted into analog voltage, IC output voltage is input to the original machine servo control system, complete test machine beam displacement control should be real constant strain rate. The utility model can also design and manufacture a new universal material testing machine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于超塑性变形万能材料试验机上的控制装置，属于机械仪表工程领域。现有电子万能材料试验机所能实施的恒应变速率拉伸实验都是指工程恒应变速率 ，这对于常规材料的塑性变形而言实质上就是近似地处理，对于超塑性材料而言，就完全不能满足精度要求，目前国际普遍承认的英国Instron、日本岛津和美国MTS公司所生产的电子万能材料试验机都不能实现真实恒应变速率 的拉伸实验，国内，长春试验机研究所、济南试验机厂生产的万能材料试验机，以及1997年长春试验机厂与德国多利公司合作开发的新型万能材料试验机也都未能实现真实恒应变速率拉伸的功能，现有的电子万能材料试验机因其主要用于测试韧性材料的力学行为，这类材料的延伸率较小，对应变速率的敏感性较弱，所以均采用闭环控制系统实现工程恒应变速率 的拉伸，就可达到实验要求和稳定控制的目的。在测试超塑性变形的力学行为时，由于超塑变形具有很大的延伸率和很强的应变速率敏感性，不但必须实现真实恒应变速率 拉伸，而且试验机要采用闭环控制系统不能达到预期的实验结果，虽然活动横梁的位移累计变化量可以满足精度要求，但是，由于其速度的调整是通过理论速度与实际速度的不断比较来完成的，因此其实际运行速度可能有时增加、有时减少、甚至有时不变，因此，对于速度很敏感的超塑性材料来说，其载荷值增、减幅度也很大，对所对应的应力与应变速率关系曲线的影响很大，本专利技术人在设备改进的初期，曾经进行了闭环控制的恒应变速率拉伸实验，实验测量结果发现其载荷随应变速率的变化而发生的波动幅度甚大，故采用闭环控制是不合适的。本专利技术的目的是为了满足材料科学和现代塑性与超塑性精密加工的要求，提供一种能实现超塑性拉伸真实恒应变速率实验控制装置，利用该装置可以设计制造新型的万能材料试验机，也可以将其插入现有电子万能材料试验机的控制系统中，实现真实恒应变速率的拉伸实验。本专利技术的上述目的是根据以下原理提出的真实应变ε与试件的初始标距长度l0及瞬时标距长度l之间的关系为 (1)式在l0附近可以展成级数 只有真实应变ε的值很小时，它才可以近似的等于工程应变e(e=(l-l0)／l0)由于材料在超塑性状态下的塑性甚好，与常规材料相比，其延伸率可达百分之几百乃至百分之几千，因此工程应变e和真实应变ε可以相差几十倍、几百倍、乃至更高，因此，用工程应变e近似表达真实应变ε就完全不可能了，又由于实现超塑性的温度(一般是在材料熔点绝对温度的一半以上)很高，也不可能把通用的引伸仪直接夹在高温炉内试件标距的两端，但是，试件是按附图1的形式连接于试验机中，附图1中的上固定横梁1通过万向节与试件的上连接杆2以销钉相连，试件的下连接杆6通过万向节与试验机活动横梁7相连接，试件3的两端以挂接形式与上连接杆2和下连接杆6相连接，由于材料在超塑性状态下的流变抗力很小，它只有同等材料在相同温度下的十几分之一、乃至几十分之一，因此，在附图1所示的万能试验机中的上连接杆2和下连接杆6，以及试件上、下根部4与试件标距部分3的应变量相比可以略而不计。于是试件变形dl就近似的等于活动横梁7的位移dL，试件的变形速度dl／dt就近似的等于活动横梁的移动速度dL／dt，试件的真实恒应变速率 为 (3)当 为常数时，由(3)式可得 (4)由t=0时l=l0的初始条件，确定出c=l0 (5)在保证恒应变速率 的条件下，试验机活动横梁的速度dL／dt可由下式控制 (6)由(6)式可见，只要给定试件变形的任一个应变速率 ，在理论上借助控制活动横梁的速度v，就能实现试件的真实恒应变速率 变形。本专利技术的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下附图2中虚线框入的部分为现有的电子万能材料试验机的主机和控制系统，它是由伺服放大器、电流调节器、电子万能试验机执行机构、引伸仪的位移反馈、速度反馈、电流反馈以及函数发生器、显示器组成的，附图2中点画线框入的部分是本专利技术的控制装置，它是由伺服放大器、D／A接口板和PC计算机组成，该装置采用开环控制，PC计算机通过PC总线与D／A接口板连接，PC计算机根据活动横梁7的速度 的程序将数字量经伺服放大器中的电阻R2、R3和电容C1组成的T型滤波器，电阻R5、电位器W2和电容C2组成的积分电路以及运算放大器IC转化为电压模拟量，IC输出的电压输入到原机伺服控制系统，借助 ，执行试验机的活动横梁真实恒应变速率 的位移控制，从而实现真实恒应变速率 的拉伸变形。开环控制是在原伺服控制系统中的A处切开，装入一个换向开关，当A与B连接时，本装置执行开环控制，当A与A’连接时，执行原机闭环控制。与现有电子万能材料试验机相比，本专利技术有以下的创新和特色1．对日产岛津，英产Instron和美产MTS电子万能材料试验机而言，由于不用在试件端部装卡引伸仪，这对研究材料在高温状态下的力学行为是非常有利的，也无需更改原机结构，只要把本专利技术控制线路接入原机的控制系统，便能实现活动横梁按真实恒应变速率的规律运行。2．对于超塑性材料的拉伸试验，由于活动横梁的运行速度近似等于试件的变形速度，故直接用按(6)式设计的线路(图3)，便能实现恒应变速率拉伸试验。3．对变形抗力大、延伸率小的材料，根据实验确定上下连接杆2、6和试件根部4的变形量，对(6)式进行修正，亦可实现真实恒应变速率拉伸试验。4．本专利技术采用开环控制，所以能消除超塑性变形具有很强的应变速率敏感性而造成的载荷测量的不稳定性。5．本专利技术的装置具有造价低，结构简单，非常易于实施的优点。下面结合附图进一步说明本专利技术的具体内容及工作过程。图1 材料试验机简图。图2 控制总框图。图3 控制线路图。图1中1．上固定横梁 2．上连接杆 3．试件 4．试件上、下根部 5．加热炉 6．下连接杆 7 ．活动横梁本专利技术的特征在于该装置是根据(6)式所设计的电子控制线路如图3所示，采用开环控制活动横梁速度dL／dt，根据超塑性变形对dL／dt近似等于试件变形速度dl／dt，便达到实现恒应变速率 拉伸变形的目的。下面结合图3进一步说明本专利技术的控制过程参阅附图3中用虚线框入部分(1)，包括PC计算机、PC总线和光电隔离板，把按 的程序经PC总线输至D／A接口板，由D／A接口板输出的数字量再输入到部分(2)，部分(2)由T型滤波器、IC运算放大器和积分电路组成，由D／A接口板把数字量输入到由电阻R2、R3和电容C1组成的T型滤波器和由电阻R5、电位器W2和电容C2组成的积分电路，经滤波和把数字量转化为电压模拟量后，再经运算放大器IC放大后，于是便把按(6)式给出的信号经A-B传给部分(3)，部分(3)又把经B输入的电压模拟量进一步放大后，依此执行控制电子万能试验机的主机的活动横梁部分，从而实现恒应变速率拉伸变形。具体实施例方式附图2为岛津AG-A电子万能材料试验机的原控制系统(虚线部分)及本专利技术(点画线部分)的总框图，在原控制系统的A处切开，安装一个换向开关，当A与A’连接时，保持原闭环控制系统；当A与B连接时，即实现本装置的开环控制，在实施恒应变速率控制中，选用386计算机通过PC总线与PCL-728型12位光电隔离D／A接口板连接，依据公式(6)将数字量经附图2转化为电压模拟量，由附图IC输出的电压输入到岛津AG-A电子万能试验机本文档来自技高网...

【技术保护点】
超塑性拉伸真实恒应变速率实验控制装置是由ＰＣ计算机、Ｄ／Ａ接口板和伺服放大器组成的，其特征是该装置采用开环控制，ＰＣ计算机通过ＰＣ总线与Ｄ／Ａ接口板连接，ＰＣ计算机根据横梁速度υ＝ｄＬ／ｄｔ＝ｄｌ／ｄｔ＝ｌ↓［０］＊ｅ↑［＊ｔ］的程序将数值经伺服放大器中的电阻Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］和电容Ｃ↓［１］组成的Ｔ型滤波器，电阻Ｒ↓［５］、电位器Ｗ↓［２］和电容Ｃ↓［２］组成的积分电路，以及运算放大器ＩＣ转化为电压模拟量，ＩＣ输出的电压模拟量输入到原机伺服控制系统，执行试验机的活动横梁恒压应变速率＊的位移控制，ｄＬ／ｄｔ－活动横梁的位移速度，ｄｌ／ｄｔ－试件变形速度，ｌ↓［０］－试件初始标距长度，＊－真实恒应变速率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉泉，程永春，
申请(专利权)人：吉林工业大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]