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小(xiǎo)知识:试验机的发展历程

更新(xīn)时间:2010-11-10 点击量:1329

       手机滑盖试验机,跌落试验机,



        约在90年前,瑞士Amsler公司开发了液压试验机,这种试验机较机械式操作简便、输出力大、结构简单、體(tǐ)积紧凑,能(néng)完成材料的各种静态力學(xué)性能(néng)试验。 仅仅了解材料的静态力學(xué)性能(néng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不够的,在现实生活中大部分(fēn)的破坏是因為(wèi)疲劳破坏。根据國(guó)外统计,失效的机器零件中50%-90%為(wèi)疲劳破坏。因此许多(duō)发达國(guó)家非常重视对疲劳强度的研究。 

          zui早的静态试验机是机械式,如英國(guó)早在1880年已生产了杠杆重锤式材料试验机,在1908年又(yòu)生产了螺母、螺杆加载的试验机(電(diàn)子试验机的雏形),这些试验机可(kě)进行材料的拉伸、压缩、弯曲和扭转等验,
                 疲劳问题的产生可(kě)追溯到19世纪初叶,产业革命以后,随着蒸汽机車(chē)和机动运载工具的发展以及机械设备的广泛应用(yòng),运动部件的破坏经常发生。破坏往往发生在零部件的截面突变处。破坏处的名义应力不高,低于材料的强度极限,有(yǒu)时还低于屈服极限。 对疲劳现象首先系统研究的实验者是德國(guó)人A.Whler(沃勒),他(tā)自1847年起,在担任机車(chē)車(chē)辆厂厂長(cháng)和机械厂厂長(cháng)的23年中,对金属疲劳进行了深入系统的研究。
        1850年,德國(guó)人A.Whler(沃勒)设计了*台用(yòng)于机車(chē)車(chē)轴的疲劳试验机(亦称A.Whler疲劳试验机),用(yòng)来进行全尺寸机車(chē)車(chē)轴的疲劳试验。以后他(tā)又(yòu)研制出多(duō)种型式的疲劳试验机,并用(yòng)金属试样进行疲劳试验。他(tā)在1871年发表的论文(wén)中,系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系,提出了S-N曲線(xiàn)和疲劳极限的概念,确立了应力幅是疲劳破坏的决定因素,奠定了金属疲劳的基础。因此*A.Whler(沃勒)是疲劳的奠基人,有(yǒu)“疲劳试验之父”之称。
         从19世纪70年代到90年代,Gerber W.(格伯)研究了平均应力对疲劳强度的影响,提出了Gerber抛物(wù)線(xiàn)方程,英國(guó)人Goodman J.(古德曼)提出了的简化直線(xiàn)—Goodman图。1884年Bauschinger J.(包*)在验证Whler疲劳试验时,发现了在循环载荷下弹性极限降低的“循环软化”现象,引入了应力—应变迟滞回線(xiàn)的概念。但他(tā)的工作当时人们并不重视,直到1952年Keuyon(柯杨)在做铜棒试验时才把它重新(xīn)提出来,并命名為(wèi)“包*效应”。
        20世纪初叶,开始使用(yòng)金相显微镜来研究疲劳机制。1903年Ewing J.A.(尤因)和Humfery J.C.W.(汉弗莱)在单晶格铝和多(duō)晶格铁上发现了循环应力产生的滑移痕迹,指出了疲劳变形是由于与单调变形相类似的滑移所产生。1910年Bairstow(拜尔斯托)研究了循环载荷下应力—应变曲線(xiàn)的变化,测定了迟滞回線(xiàn),建立了循环硬化与循环软化的概念;并且还进行了程序疲劳试验。在此时期,英國(guó)人Gough H.J.(高尔)在疲劳机制的研究上做出了很(hěn)大贡献;他(tā)还进行了弯—扭复合疲劳试验,研究了弯—扭复合应力下的疲劳强度;并在伦敦出版了一本巨著《金属疲劳》。
        1929年美國(guó)人Peterson R.E.(彼特逊)对尺寸效应进行了一系列试验,提出了应力集中系数的理(lǐ)论值。1929年—1930年英國(guó)人Haigh B.P.(海夫)对高强钢和软钢的不同缺口效应做了合理(lǐ)解释。 1945年美國(guó)人Miner M.A.(迈因纳)在对疲劳损伤积累问题进行了大量试验研究的基础上,将Palmgren J.V.(帕姆格伦)1924年提出的線(xiàn)性累积损伤理(lǐ)论公式化,形成了的Palmgren—Miner線(xiàn)性累积损伤法则(简称Miner法则)。在20世纪40年代前苏联的CepeHceH C.A.(謝(xiè)联先)还提出了常规疲劳的设计计算公式,奠定了常规疲劳设计的基础。
       1952年美國(guó)國(guó)家航空管理(lǐ)局刘易斯研究所的Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科(kē)芬),在大量试验的基础上,提出了表达塑性应变与疲劳寿命关系的Manson—Coffin方程,奠定了低周疲劳的基础。20世纪50年代使用(yòng)電(diàn)子显微镜,给疲劳机制的研究开拓了新(xīn)纪元。 用(yòng)概率统计方法处理(lǐ)疲劳试验数据是从20世纪40年代开始的。1949年Weibull W.(威布尔)发表了对疲劳试验数据进行统计处理(lǐ)的方法。1959年Pope J.A.(波普)指出疲劳寿命服从对数正态分(fēn)布。20世纪60年代开始将统计學(xué)应用(yòng)于疲劳试验和疲劳设计,1963年美國(guó)材料试验學(xué)会(ASTM)上午E9委员会总结了这方面的研究成果,发表了《疲劳试验与疲劳数据的统计分(fēn)析指南》(ASTM STP91A)一书。 在上个世纪50年代初,出现了高速响应的永磁式力矩马达,50年代后期又(yòu)出现了已喷嘴挡板阀為(wèi)先导级的電(diàn)液伺服阀,使電(diàn)液伺服系统成為(wèi)当时响应zui快,控制精度zui高的伺服系统。
        1958年美國(guó)勃莱克布恩等公布了他(tā)们在麻省理(lǐ)工學(xué)院的研究工作,為(wèi)现代電(diàn)液伺服系统的理(lǐ)论和实践奠定了基础。60年代各种结构的電(diàn)液伺服阀的相继问世,特别是以穆格為(wèi)代表的采用(yòng)干式力矩马达的级间力反馈的電(diàn)液伺服阀的出现和各类電(diàn)反馈技术的应用(yòng),进一步提高了電(diàn)液伺服阀的性能(néng),電(diàn)液伺服技术日臻成熟,電(diàn)液伺服系统已成為(wèi)武器和航空、航天自动控制以及一部分(fēn)民(mín)用(yòng)技术设备自动控制的重要组成部分(fēn)。 電(diàn)液伺服动态疲劳试验机,在此背景下随着電(diàn)液伺服技术的发展而发展起来。由于它既能(néng)进行动态的高低周疲劳试验、程序控制疲劳试验,也能(néng)进行静态的恒速率、恒应变、恒应力控制下的试验和各种常规的力學(xué)性能(néng)试验,还可(kě)进行断裂力學(xué)试验,根据需要也可(kě)以进行部分(fēn)的振动和冲击试验,也可(kě)以对广义范围上材料或构件的疲劳寿命、裂纹扩展、断裂韧性性能(néng)测试、实际试件的安全性评价、工况模拟等,因此有(yǒu)着其它任何种类的试验机所不能(néng)比拟的优势,是疲劳界zui推崇的材料试验设备。
       20世纪60年代,随着大规模集成電(diàn)路的出现,研制出了能(néng)够模拟零部件服役载荷工况的随机疲劳试验机。20世纪70年代,國(guó)外已广泛使用(yòng)電(diàn)子计算机控制的電(diàn)液伺服疲劳试验装置来进行随机疲劳试验。20世纪90年代,已经出现了上下位机结构的全数字的伺服控制器,闭环控制计算速率达到了6kHz,数据传输采用(yòng)100Mb以太网卡(Ethernet),可(kě)以完成控制模式的平滑无扰切换、多(duō)通道的协调加载以及各种工况谱的实验室再现。 低周疲劳Manson—Coffin方程、電(diàn)子显微镜以及電(diàn)液伺服动态疲劳试验机的出现被疲劳研究界认為(wèi)是疲劳研究的三大贡献,電(diàn)液伺服动态疲劳试验机由于采用(yòng)了闭环控制技术,从而在试验中可(kě)以模拟实际使用(yòng)工况,大大促进了疲劳试验的发展。
 
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