![](/user_photo/_userpic.png)
книги / Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований
.pdf![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup51x1.jpg)
Рис. 2.8. Основные типы современных экстензометров
ной процедуры (тарировки) интерпретируют в соответствующие значения силы. На рис. 2.9 изображены некоторые наиболее распространенные виды датчиков сил.
В современных испытательных комплексах системы измерения включают также устройства обеспечения и контроля температуры и среды испытания – климатические и температурные камеры (печи). Наибольшее распространение нашли климатические камеры, позволяющие проводить испытания в заданной среде (например, инертные газы) при отрицательных
иповышенных температурах, муфельные печи – для испытаний при экстремально высоких температурах, а также высокочастотные индукционные нагреватели (рис. 2.10).
Одним из важнейших элементов современных испытательных систем является контроллер – многоканальный аналогоцифровой преобразователь, который предназначен для сбора аналоговых сигналов с датчиков системы измерения, преобразования их в цифровой сигнал, передачи его в компьютер для анализа
иосуществления обратной связи с рабочими органами испытательной системы. За счет высокой скорости передачи и обработки данных появляется возможность полного контроля и управления
51
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup52x1.jpg)
а |
б |
в
Рис. 2.9. Силоизмерители: динамометр с механической индикацией (а), датчик сил с электрической (мостовой) схемой индикации (б), датчик сил Dynacell с возможностью компенсации инерционной составляющей нагрузки
при динамических испытаниях (в)
52
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup53x1.jpg)
а
б |
в |
Рис. 2.10. Климатические камеры (а), муфельная печь (б) и индукционный нагреватель (в)
53
машиной с помощью компьютера через интерфейс дополнительного программного обеспечения. При этом обеспечивается управление формой волны циклического нагружения, калибровка датчиков, установка пределов измерений, контроль за параметрами испытания по дисплеям, сбор и сохранение данных, изображение графиков и диаграмм в реальном масштабе времени процесса. Обеспечивается возможность повышения точности исполнения рабочими органами испытательной системы (траверса, актуатор, подвижный захват) заданного исполнительного сигнала (форма цикла, амплитуда, частота, сценарий эксперимента и т.д.).
Повышение точности исполнения заданного сигнала осуществляется за счет автоматической настройки так называемых PID-параметров в режиме реального времени. Пропорциональ- но-интегрально-дифференциальное (PID) регулирование представляет собой набор формул и параметров, с помощью которых интерпретируется график поведения переменной процесса для данной инерционной системы и рассчитывается точное значение поправки контролирующего сигнала для изменения и поддержания заданного значения переменной.
На рис. 2.11 приведен вид контроллера Instron FastTrack 8800, используемого для связи компьютера и испытательной системы. Особенностями данного контроллера являются многоканальность, возможность работы с современными операционными системами, скорость передачи данных до 8 Мб/с и частота обработки данных до 5 кГц.
К системам автоматизации современных испытательных комплексов можно отнести некоторые элементы контроллера, например, модуль формирования сигналов, модуль подстройки PID-параметров обратной связи и т.д., но в первую очередь – персональный компьютер с комплексом установленных на него специализированных программ, например, таких как Console,
Bluehill 2, FastTrack, WaveMatrix.
54
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup55x1.jpg)
Рис. 2.11. Высокопроизводительный многоканальный котроллер Instron FastTrack 8800
Возможности испытательных систем можно многократно расширить при использовании специализированных приспособлений. Так, например, на рис. 2.12 изображены приспособления для испытаний на трехточечный изгиб, а также набор приспособлений (на сдвиг, растяжение и сжатие) для испытаний композиционных материалов.
В качестве примера приведем использование данных приспособлений в составе испытательного комплекса Instron 5882. На рис. 2.13 изображено приспособление во время испытаний образца композиционного материала на трехточечный изгиб.
Пример использования специального приспособления в составе испытательного комплекса Instron 5882 с климатической камеройприиспытании на сдвиг представлен нарис. 2.14.
На рис. 2.15 и 2.16 приведены примеры использования специальных приспособлений при испытаниях композиционных материалов на растяжение и сжатие соответственно.
55
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup56x1.jpg)
а |
б |
Рис. 2.12. Специализированные приспособления для испытаний на трехточечный изгиб (а) и комплект для испытаний композиционных материалов (б)
Рис. 2.13. Использование специального приспособления при испытании образца композиционного материала на трехточечный изгиб
56
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup57x1.jpg)
Рис. 2.14. Приспособление для испытаний на сдвиг плоского образца в климатической камере машины Instron 5882
Рис. 2.15. Использование приспособления для испытаний образцов композиционных материалов на растяжение
57
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup58x1.jpg)
Рис. 2.16. Использование приспособления для испытаний образцов композиционных материалов на сжатие
Таким образом, можно отметить важнейшие функциональные характеристики современных испытательных комплексов, которые определяют выбор экспериментальной техники применительно к тем или иным задачам механики материалов:
–мощностьиспытательноймашины(максимальнаянагрузка);
–характер прилагаемых нагрузок (квазистатические, циклические, ударные; растяжение-сжатие, кручение, сложное напряженноесостояние);
–максимальные и минимальные скорости деформирования образца;
–максимальная частота изменения нагрузки при циклическом воздействии;
58
–габариты рабочей зоны;
–габариты и вес машины;
–скорость и частота передачи и обработки данных (характеристики контроллера);
–наличие и температурный диапазон нагревательных
иклиматических устройств;
–функциональные возможности программногообеспечения;
–укомплектованностьдополнительнымиприспособлениями.
2.2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Примером современной высокоточной электромеханической испытательной системы является универсальная машина фирмы Instron 5882. Данная электромеханическая испытательная система используется для испытания широкой гаммы материалов на растяжение или сжатие, а при применении специальных приспособлений – также на трехточечный и четырехточечный изгиб, сдвиг, срез. Общий вид и основные элементы испытательной системы представлены на рис. 2.17, 2.18.
К основным элементам электромеханической испытательной системы относятся нагружающая рама, электронно-вычис- лительная система с прикладным программным обеспечением, устройство управления, динамометрический элемент.
Основание, две колонны, траверса и верхняя плита образуют замкнутую нагружающую раму высокой жесткости, что обеспечивает уменьшение прогиба при приложении нагрузки. Каждая колонна включает направляющую стойку и шариковый ходовой винт. Траверса установлена как на направляющей стойке, обеспечивающей ее устойчивость, так и на шариковом ходовом винте, вращение которого приводит к перемещению траверсы вверх или вниз.
59
![](/html/65386/197/html_wQPumuKkHm.GARG/htmlconvd-pEMyup60x1.jpg)
Рис. 2.17. Электромеханическая испытательная система Instron 5882: 1 – двухколонная нагружающая рама 100 кН; 2 – подвижная траверса; 3 – датчик нагрузки; 4 – видеоэкстензометрAVE; 5 – климатическая камера
Instron 3119-406 с контроллером Eurotherm 2408;
6 – контроллер сбора и обработки экспериментальных данных FastTrack 8800
Двигатель привода нагружающей рамы располагается в основании рамы и соединен с нижним концом шариковых винтов с помощью серии ремней и ведущих шкивов. На машинах с двумя колоннами вращение двигателя приводит к синхронному вращению шариковых ходовых винтов, которые в свою очередь вызывают перемещение траверсы вверх или вниз. Испыта-
60