概述

測定材料的力學性能的主要設(shè)備是材料試驗機。常用的材料試驗機有拉力試驗機、壓力試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、沖擊試驗機、疲勞試驗機等。能兼作拉伸、壓縮、剪切、彎曲等多種實驗的試驗機稱為萬能材料試驗機。根據(jù)加力的性質(zhì)可分為靜荷試驗機和動荷試驗機。供靜力實驗用的萬能材料試驗機有液壓式、機械式、電子式等類型。本實驗著重了解和掌握液壓式和電子式兩種類型的萬能材料試驗機。通過該實驗，要求：
（1）了解萬能試驗機的構(gòu)造和工作原理；
（2）學會試件的安裝、測力度盤指針的調(diào)零和量程的選?。?br /> （3）掌握操作規(guī)程，學會獨立操作萬能試驗機。

一、液壓式萬能材料試驗機
 

圖一

為介紹液壓式萬能材料試驗機，現(xiàn)以國產(chǎn)WE系列為例。圖1為這一系列中最常見的WE-100A、300、600試驗機的結(jié)構(gòu)簡圖?，F(xiàn)分別介紹其加載系統(tǒng)和測力系統(tǒng)。

（一）加載系統(tǒng)

在底座1上由兩根固定立柱5和固定橫梁12組成承載框架。工作油缸13固定于框架上。在工作油缸的工作活塞14上，支承著由上橫梁15、活動立柱10和活動平臺8組成的活動框架。當油泵35啟動時，油液通過送油閥16，經(jīng)送油管17進入工作油缸，把工作活塞連同活動平臺一同頂起。這樣，如把試樣安裝于上夾頭7和下夾頭6之間，由于下夾頭固定，上夾頭隨活動平臺上升，試樣將受到拉伸。若把試樣置放于兩個承壓墊板11之間，或?qū)⑹軓澰嚇又梅庞趦蓚€彎曲支座9上，則因固定橫梁不動而活動平臺上升，試樣將分別受到壓縮或彎曲。此外，實驗開始前如欲調(diào)整上、下夾頭之間的距離，則可開動調(diào)位電機3，驅(qū)動螺桿4，便可使下夾頭上升或下降。但調(diào)位電機不能用來給試樣施加拉力。

（二）測力系統(tǒng)

加載時，開動油泵電機，打開送油閥16，油泵把油液送入工作油缸13頂起工作活塞14給試樣加載；同時，油液經(jīng)回油管18及測力油管33（這時回油閥19是關(guān)閉的，油液不能流回油箱34），進入測力油缸32，壓迫測力活塞31、使它帶動拉桿27向下移動，，從而迫使擺桿28和擺錘29連同推桿25繞支點偏轉(zhuǎn)。推桿偏轉(zhuǎn)時，推動齒桿24作水平移動，于是驅(qū)動示力盤的指針齒輪，使示力指針23繞示力度盤22的中心旋轉(zhuǎn)。示力指針旋轉(zhuǎn)的角度與測力油缸活塞上的總壓力（即拉桿27所受拉力）成正比。因為測力油缸和工作油缸中油壓壓強相同，兩個油缸活塞上的總壓力成正比（活塞面積之比）。這樣，示力指針的轉(zhuǎn)角便與工作油缸活塞上的總壓力，亦即試樣所受載荷成正比。經(jīng)過標定便可使指針在示力度盤上直接指示載荷的大小。

試驗機一般配有重量不同的擺錘，可供選擇。對重量不同的擺錘，使示力指針轉(zhuǎn)同樣的轉(zhuǎn)角，所需油壓并不相同，即載荷并不相同。所以，示力度盤上由刻度表示的測力范圍應與擺錘的重量相匹配。以WE－300試驗機為例，它配有A、B、C三種擺錘。擺錘A對應的測力范圍為0～60kN，A＋B對應0～150kN，A＋B＋C對應0～300kN。
開動油泵電機，送油閥開啟的大小可以調(diào)節(jié)油液進入工作油缸的快慢，因而可用以控制增加載荷的速度。開啟回油閥19，可使工作油缸中的油液經(jīng)回油管18泄回油箱34，從而卸減試樣所受載荷。

實驗開始前，為消除活動框架等的自重影響，應開動油泵送油，將活動平臺升高10mm左右。然后調(diào)節(jié)測力部分的平衡鉈26，使擺桿28保持垂直位置，并使示力指針指在零點。
試驗機上一般還有自動繪圖裝置。它的工作原理是，活動平臺上升時，由繞過滑輪的拉繩帶動滾筒20繞軸線轉(zhuǎn)動，在滾筒圓柱面上構(gòu)成沿周線表示位移的坐標；同時齒桿24的移動構(gòu)成沿滾筒軸線表示載荷的坐標。這樣，實驗時繪圖筆21在滾筒上就可自動繪出載荷－位移曲線。當然，這只是一條定性曲線，不是很準確的。

（三）操作規(guī)程和注意事項

• 1．根據(jù)試樣尺寸和材料，估計最大載荷，并以此力作為示力盤量程的40%～80%,以選定相應的示力度盤和擺錘重量。然后，選用與試樣相適應的夾具。
• 2．液壓式萬能試驗機總開關(guān)上電。
• 3．根據(jù)實驗要求，更換擺桿上懸掛的擺錘并調(diào)整緩沖閥，安裝好事先選好的夾具。
• 4．先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動油泵電機。待油泵工作正常后，開啟送油閥將活動平臺升高約10mm，以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，安裝好試樣。
• 5．調(diào)整平衡錘，使擺桿刻線對準標牌線，保證擺桿垂直，并鎖緊平衡錘位置。
• 6．需要作圖時，在記錄筒上卷上記錄紙，在推桿上安裝記錄筆；放下推桿的記錄筆，將筆尖壓在記錄紙上，并記錄放大比例。
• 7．固定記錄筆的位置，調(diào)整推桿上的旋鈕，使指針對正零位。
• 8．按實驗要求調(diào)整加荷速度指針，緩慢開啟送油閥，給試樣平穩(wěn)加載。應避免油閥開啟過大進油太快。實驗進行中，注意不要觸動擺桿或擺錘。
• 9．實驗完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性實驗先取下試樣，再緩緩打開回油閥將油液放回油箱。非破壞性實驗，自然應先開回油閥卸載，才能取下試樣。

二、電子萬能材料試驗機

電子萬能材料試驗機是采用各類傳感器進行力和變形檢測，通過微機控制的新型機械式試驗機。由于采用了傳感技術(shù)、自動化檢測和微機控制等先進的測控技術(shù)，它不僅可以完成拉伸、壓縮、彎曲、剪切等常規(guī)試驗，還能進行材料的斷裂性能研究以及完成載荷或變形循環(huán)、恒加載速率、恒變形速率、蠕變、松弛和應變疲勞等一系列靜、動態(tài)力學性能試驗。此外，它還具有測量精度高、加載控制簡單、試驗范圍寬等特點，以及提供較好的人機交互界面，具備對整個試驗過程進行預設(shè)和監(jiān)控，直接提供試驗分析結(jié)果和試驗報告，試驗數(shù)據(jù)和試驗過程再現(xiàn)等優(yōu)點。

YL-1150電子萬能材料試驗機(圖二)采用全數(shù)字化控制，配備載荷傳感器、電子引伸計、光電位移編碼器等傳感器，機械加載部分采用直流伺服控制系統(tǒng)控制預應力滾珠絲杠帶動橫梁移動。

圖二

（一）工作原理

在測試系統(tǒng)接通電源后，微機按試驗前設(shè)定的數(shù)值發(fā)出橫梁移動指令，該指令通過伺服控制系統(tǒng)控制主機內(nèi)部的伺服電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)過皮帶、齒輪等減速機構(gòu)后驅(qū)動左、右絲杠轉(zhuǎn)動，由活動橫梁內(nèi)與之嚙合的螺母帶動橫梁上升或下降。裝上試樣后，試驗機可通過載荷、應變、位移傳感器獲得相應的信號，該信號放大后通過A/D進行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳遞給微機。微機一方面對數(shù)據(jù)進行處理，以圖形及數(shù)值形式在微機顯示器上反映出來；另一方面將處理后的信號與初始設(shè)定值進行比較，調(diào)節(jié)橫梁移動改變輸出量，并將調(diào)整后的輸出量傳遞給伺服控制系統(tǒng)，從而可達到恒速率、恒應變、恒應力等高要求的控制需要。

（二）操作規(guī)程和注意事項

由于電子萬能材料試驗機采用了全數(shù)字化控制技術(shù)，因此，其工作過程均通過軟件操作來實現(xiàn)。下面結(jié)合常用的Merlin軟件來介紹操作方法。

• 1．依次合上主機、控制器、計算機系統(tǒng)的電源，一般要求預熱一會兒。
• 2．直接點擊計算機桌面上的Merlin圖標，打開軟件，進入試驗方法模式，如以前已編好了試驗方法，可直接點擊進入；如果沒有，可點擊最下方的Merlin，查找合適的試驗法。
• 3．選定所要的試驗方法后，輸入相關(guān)的試驗參數(shù)，如：加載速率、試樣尺寸、數(shù)據(jù)采集模式和所需試驗結(jié)果等，最后存儲方法。
• 4．安裝試樣，檢查設(shè)備的上下限保護是否設(shè)置正確。
• 5．啟動試驗，并注意觀察，若發(fā)生意外立即終止試驗。
• 6．試驗完成后，存儲試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)需要提供試驗分析結(jié)果或打印試驗報告。
• 7．將主機的橫梁回位，以免接著試驗時，造成軟件與主機連接不上。
• 8．實驗完畢，關(guān)閉Merlin軟件，關(guān)閉計算機系統(tǒng)，關(guān)閉控制器，關(guān)閉主機電源，最后切斷總電源。
• 9．清潔主機，填寫設(shè)備使用記錄。

三、實驗操作

• 1．認真閱讀實驗講義，并與具體試驗機對照，弄清試驗機的主要部件及作用，了解它的性能特點。
• 2．掌握不同試驗機的操作規(guī)程、安全注意事項和操作方法。
• 3．按照操作規(guī)程認真練習，練習時著重下列環(huán)節(jié)：
  • （1）檢查試驗機是否處于正常狀態(tài)。主要包括：試件夾的形式和尺寸是否與試件要求一致；操作機構(gòu)或油閥是否在開始位置，保險開關(guān)自動繪圖器等能否正常工作.
  • （2）根據(jù)最大載荷的40%—80%選擇合適的檔位或測力度盤和相應的配重。
  • （3）安裝拉伸試件時，應使夾持長度至少等于夾頭長度，并應將試件夾正；安裝壓縮試件時，則應把試件擺正，對中。
  • （4）練習液壓式試驗機的慢速加載、在某一載荷下穩(wěn)定不變和緩慢卸載。
• 4．關(guān)閉電源，將試驗機一切機構(gòu)復原。

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