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淺談萬能材料試驗機的發展歷程。

內容簡介:萬能材料試驗機從開發生產之初到現在成為引領高科技的試驗設備,每一步的技術改革都是工程師們不斷積累經驗的成果,我們作為新時代的掌舵人,更應該吸取前人的技術經驗,不斷自主創新以及技術改革,把我國的材料試驗機工程推向全世界。
      原始的萬能材料試驗機并不如現在多樣化:電子式、電腦式、數顯式、伺服控制、電液伺服......現如今的拉力機基本是全自動化的,高科技電腦控制,精度高,性能穩定可靠。
      我國的第一臺萬能材料試驗機是由鄧曰謨教授研制的。從戰爭中誕生的中國近代機械工業,從一開始就具有半殖民地半封建的特點,中國民族資本創辦的企業一直處于帝國主義、封建主義和官僚買辦的重壓之下,境況十分艱難。直到20世紀上半葉,中國的機械工業仍然極為落后,主要的機器設備都是依賴進口,機械產品的設計和制造也大都由洋人把持。鄧曰謨就是在這種歷史條件下開始自己在機械工程領域的探索和奮斗的。
      1930年,鄧曰謨被聘為北洋大學教授。南京國民政府教育部規定,凡是工科院校必須建立實驗室。但當時的教學實驗儀器設備幾乎全靠進口,且價格昂貴,如一臺50000磅材料試驗機需花費15000多美元,而政府對學校的撥款極為有限。為了克服這個困難,鄧曰謨下決心自己設計、自己制造。1932年至1933年,鄧曰謨依托機械研究社,經過一系列艱苦試驗,成功地設計制造出了材料試驗室、水力實驗室的一系列儀器設備,如油壓試驗機、彩神快3、水泥拉力機、流速計、混流水泵、兩級水泵、水輪機等,除了裝備北洋大學的材料試驗室和水力實驗室外,還供給山東大學、中山大學、河南大學、重慶大學、焦作工學院、河南水利專門學校及全國其他許多高校的有關實驗室使用。其中50000磅材料試驗機為當時由中國人自己設計和制造的第一臺萬能材料試驗機,可以進行有關材料機械性能的一系列靜力試驗
      其實英國早在1880年已生產了杠桿重錘式材料試驗機,在1908年又生產了螺母、螺桿加載的萬能試驗機,這些試驗機可進行材料的拉伸、壓縮、彎曲和扭轉等驗,但是由于結構復雜,體積龐大,操作繁瑣,只能進行靜態試驗,所以被淘汰。
      約在90年前,瑞士Amsler公司開發了液壓萬能試驗機,這種試驗機較機械式操作簡便、輸出力大、結構簡單、體積緊湊,能完成材料的各種靜態力學性能試驗,至今這種拉力機仍在生產使用。
      19世紀初葉,產業革命以后,隨著彩神快3機車和機動運載工具的發展以及機械設備的廣泛應用,運動部件的破壞經常發生。破壞往往發生在零部件的截面突變處。破壞處的名義應力不高,低于材料的強度極限,有時還低于屈服極限。1847年,德國人A.Whler(沃勒)對金屬疲勞進行了深入系統的研究。 1850年,沃勒設計了第一臺用于機車車軸的疲勞試驗機,用來進行全尺寸機車車軸的疲勞試驗。以后他又研制出多種型式的疲勞試驗機,并首次用金屬試樣進行疲勞試驗。他在1871年發表的論文中,系統論述了疲勞壽命和循環應力的關系,提出了S-N曲線和疲勞極限的概念,確立了應力幅是疲勞破壞的決定因素,奠定了金屬疲勞的基礎,有“疲勞試驗之父”之稱。
      1929年美國人Peterson R.E.(彼特遜)對尺寸效應進行了一系列試驗,提出了應力集中系數的理論值。1929年—1930年英國人Haigh B.P.(海夫)對高強鋼和軟鋼的不同缺口效應做了合理解釋。
      1945年美國人Miner M.A.(邁因納)在對疲勞損傷積累問題進行了大量試驗研究的基礎上,將PalmgrenJ.V.(帕姆格倫)1924年提出的線性累積損傷理論公式化,形成了著名的Palmgren—Miner線性累積損傷法則(簡稱Miner法則)。在20世紀40年代前蘇聯的CepeHceH C.A.(謝聯先)還提出了常規疲勞的設計計算公式,奠定了常規疲勞設計的基礎。
      1952年美國國家航空管理局劉易斯研究所的Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科芬),在大量試驗的基礎上,提出了表達塑性應變與疲勞壽命關系的Manson—Coffin方程,奠定了低周疲勞的基礎。20世紀50年代使用電子顯微鏡,給疲勞機制的研究開拓了新紀元。
      1949年Weibull W.(威布爾)發表了對疲勞試驗數據進行統計處理的著名方法。1959年Pope J.A.(波普)指出疲勞壽命服從對數正態分布。
      在上個世紀50年代初,出現了高速響應的永磁式力矩馬達,50年代后期又出現了已噴嘴擋板閥為先導級的電液伺服閥,使電液伺服系統成為當時響應最快,控制精度最高的伺服系統。
  60年代各種結構的電液伺服閥的相繼問世,特別是以穆格為代表的采用干式力矩馬達的級間力反饋的電液伺服閥的出現和各類電反饋技術的應用,進一步提高了電液伺服閥的性能,電液伺服技術日臻成熟,電液伺服系統已成為武器和航空、航天自動控制以及一部分民用技術設備自動控制的重要組成部分。
      20世紀60年代,隨著大規模集成電路的出現,研制出了能夠模擬零部件服役載荷工況的隨機疲勞試驗機。20世紀70年代,國外已廣泛使用電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗裝置來進行隨機疲勞試驗。20世紀90年代,已經出現了上下位機結構的全數字的伺服控制器,閉環控制計算速率達到了6kHz,數據傳輸采用100Mb以太網卡(Ethernet),可以完成控制模式的平滑無擾切換、多通道的協調加載以及各種工況譜的實驗室再現。
      萬能材料試驗機從開發生產之初到現在成為引領高科技的試驗設備,每一步的技術改革都是工程師們不斷積累經驗的成果,我們作為新時代的掌舵人,更應該吸取前人的技術經驗,不斷自主創新以及技術改革,把我國的材料試驗機工程推向全世界。

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