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電子材料扭轉試驗機的應用

2012-8-9  閱讀(1646)

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  電子材料扭轉試驗機的應用
  
  摘要:扭轉試驗機在材料分析領域有著廣泛的應用,現市場主要為微機控制扭轉試驗機,試驗過程精度、數據分析及處理自動化程度高。本文就該類型扭轉試驗過程做以介紹。
  
  關鍵詞:伺服電機,計算機控制系統,扭轉試驗,金屬扭轉試驗裝置,試驗結果對比。
  
  一.執行標準:
  
  JJG269—2006扭轉試驗機
  
  GB/T10128—2007金屬材料室溫扭轉試驗方法
  
  JB/T9370—1999扭轉試驗機技術條件
  
  二.主要結構介紹
  
  該扭轉試驗機主要由全數字交流伺服驅動系統、計算機控制、數據采集及處理系統組成。整個試驗過程加載速率無沖擊、穩定。數據的測量由扭矩傳感器、光電編碼器等組成。扭矩傳感器采集試樣產生的扭矩,光電編碼器采集試樣產生的扭角;要求檢測材料的剪切模量時,還要增加扭轉計。試驗由計算機進行控制、數據處理及輸出結果。
  
  三.試驗過程
  
  1.試樣的準備
  
  首先按照GB/T10128—2007的規定,以及該試驗機的夾具型式、尺寸,準備好標準試樣。如圖1所示。
  
  圖1:材料扭轉標準試樣(圓形)
  
  2.試樣的裝夾(如圖2所示)
  
  試樣的裝夾很關鍵。在裝夾時,先將試樣插入靜夾頭端(帶有傳感器的一端),然后調整試驗機的動夾頭,使之容易的讓試樣進入動夾頭。注意,在裝入試樣后,不要再旋轉動夾頭。
  
  圖2:試樣裝夾示意圖
  
  3.試驗過程
  
  試樣裝夾完畢,可以開始試驗。先將扭矩顯示窗口清零。根據材料特性選擇加載速率。如果只是檢測材料的抗扭強度、zui大扭矩等,可以不加扭轉計。如果要測試試件的剪切模量等,需要增加扭轉計。
  
  圖3是試樣在加載過程中的變形示意圖。
  
  圖3:試樣在加載過程中的變形示意圖
  
  兩種材料的斷口形狀圖
  
  圖4:兩種材料的斷口形狀
  
  低碳鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉破壞斷口形貌有很大的差別。圖4(a)所示低碳鋼試樣的斷面與橫截面重合,斷面是zui大切應力作用面,斷口較為平齊,可知為剪切破壞;圖4(b)所示鑄鐵試樣的斷面是與試樣軸線成45o角的螺旋面,斷面是zui大拉應力作用面,斷口較為粗糙,因而是zui大拉應力造成的拉伸斷裂破壞。
  
  圖5:扭矩—扭角曲線圖(a)低碳鋼(b)鑄鐵
  
  從圖5(a)可以看到,低碳鋼試樣的扭轉試驗曲線由彈性階段(oa段)、屈服階段(ab段)和強化階段(cd段)構成,但屈服階段和強化階段均不像拉伸試驗曲線中那么明顯。由于強化階段的過程很長,圖中只繪出其開始階段和zui后階段,破壞時試驗段的扭轉角可達10π以上。
  
  b所示的鑄鐵試樣扭轉曲線可近似地視為直線(與拉伸曲線相似,沒有明顯的直線段),試樣破壞時
  
  的扭轉變形比拉伸破壞時的變形要明顯得多。
  
  4.試驗結果的處理
  
  4.1抗扭強度的計算:扭轉試驗機程序自動處理,
  
  4.2材料的切變模量
  
  材料的切變模量G遵照GB/T10128可由圓截面試樣的扭轉試驗測定。在彈性范圍內進行圓截面試樣扭轉試驗時,扭矩廠與扭轉角中之間的關系符合扭轉變形的胡克定律,式中:為截面的極慣性矩。當試樣長度l和極慣性矩Ip均為已知時,只要測取扭矩增量ΔT和相應的扭轉角增量ΔΦ,可由式:
  
  計算得到材料的切變模量。試驗通常采用多級等增量加載法,這樣不僅可以避免人為讀取數據產生的誤差,而且可以通過每次載荷增量和扭轉角增量驗證扭轉變形胡克定律。
  
  注意到三個彈性常數E,μ,G之間的關系由材料手冊查得材料的彈性模量E和泊松比μ,計算得到材料的切變模量Gtr,如將計算值Gtr取作真值,可將測試得到的G值與Gtr值進行比較,檢驗測試誤差。
  
  還有一些比較復雜的處理,如規定非比例扭轉應力、規定非比例扭矩等,這里就不一一介紹。
  
  注:以上圖文若有不能顯示之處,請下載文章來查閱。
  
  更多試驗機資訊,盡在濟南中創工業公司。

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