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电子拉力机测试技术是材料科学与工程应用的重要手段和方法

  电子拉力机材料测试技术是材料科学与工程应用的重要手段和方法。在实际使用过程中材料都不可避免地承受着力或温度的作用,并将发生变形、磨损等失效现象。针对工程结构多处于多物理场多载荷的应力状态,我们提出了偏心拉弯复合载荷设计理论并研制了一台变温模式偏心拉弯载荷原位力学电子拉力机。首先在偏心拉伸理论分析的基础上,对偏心拉伸载荷测试装置机械模块和电控模块进行了集成调试,通过软件控制程序和传感器信号采集,实现材料的偏心拉伸加载原位力学测试试验为*终目标。该电子拉力机适应力学测试发展需求,在原位力学测试中为材料力学性能的温度场响应提供了技术手段。
  我们首先提出了偏心拉伸加载测试电子拉力机的设计理念,推导了偏心拉伸载荷情况下试件的弯曲挠度曲线方程及转角方程,得出此种加载方式的弹性模量计算公式。同时考虑到试件夹持裸露部分和圆弧过渡部分的尺寸变化,得出了修正后的理论计算公式。同时推导了受偏心拉伸试件中性层位置和断裂位置的确定公式,为本文的偏心拉弯复合载荷测试提供了理论的支撑。并对变温模式偏心拉伸原位力学测试装置中的关键零部件和整机进行了动静态特性有限元仿真分析。同时将机械单元、控制单元和检测单元进行系统集成与联调,使用 Lab VIEW 软件作为测试程序控制软件,完成了人机交互界面的设计,确保测试系统稳定运行。
  其次对电子拉力机精密位移传感器和力传感器进行了标定工作,并分别给出了力和位移传感器的三种标定方法。对比和分析原位测试装置获得的测试曲线和标准试验机上测试结果,并从试件变形和机架变形两个方面提出了一种新的误差修正算法,修正后原位测试装置试验与商业化标准试验机拉伸试验测得的力学参数弹性模量和抗拉强度的平均误差在工程误差 5%以内,验证了装置的可重复性和准确性。
  *后开展了紫铜材料在不同偏移量下开展偏心拉伸作用下不同弯曲力矩的力学性能试验研究,结果说明随着载荷的增加,试件中心处弯曲挠度的值接近偏移量值。并且偏移量的增加使拉伸载荷-位移曲线的斜率减小,材料发生屈服时所对应的拉伸位移增加。弯曲挠度*大值在试件中心处,*小值在靠近夹具处。在拉伸应力相同的情况下试件越容易在靠近夹具处发生断裂。并结合高景深显微镜对黄铜试样开展拉伸载荷下的金相组织试验,从微观和宏观角度分析解释晶粒晶界的变化规律,并观察试件断口,分析材料的破坏机理。 总之,新型电子拉力机对研究不同温度场材料在偏心拉弯载荷下的力学性能和变形损伤具有重要意义。

  

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