恒应变速率拉伸试验机的控制系统

　　超塑性变形具有很强的流变应力σ对应变速率ε。的敏感性,因此实现恒ε。的拉伸试验就成为超塑性研究领域所关注的问题之一。由于材料的超塑性是在其熔点绝对温度一半以上的高温条件下实现的,而超塑变形的延伸率又高达百分之几百,乃至几千。基于真实应变速率ε。与试样标距长度l和试样变形速度v的关系(ε。=v/l),确定恒ε。拉伸试验是很困难的。由于不能把引伸仪装卡在高温炉内,以往的工作便不得不用初始ε。0(ε。0=v0/l0)或公称e。(e。=v/l0)代替真实ε。[1]。对l变化很大的超塑变形,就会造成实验数据的严重失真。刘勤[2]曾提出在无级调速试验机上,借助机械测量上横梁与活动横梁的距离、手动调节活动横梁速度,近似地实现了恒ε。拉伸。这虽然算是一种改进,但是造成了较严重的速度变化不连续性,亦属权宜之计。时至今日,由于超塑变形的定量分析和深化研究的进展,建立恒ε。拉伸试验控制系统已势在必行。

　　1　系统的建立

　　1.1　理论依据

　　由于超塑变形的流变抗力很低,延伸率甚大,并可用长波近似法分析拉伸变形[3],故可忽略机架、卡头的弹性变形和试样端部的塑性变形,即上横梁至试样上端部的距离L1和试样下端部至活动横梁的距离L2,在拉伸过程中均可视为恒量。设试样的标距长度为l,上横梁至活动横梁的距离为L,则试样的伸长变形dl就等于活动横梁的位移dL,于是试样的拉伸变形速度v便等于横梁的位移速度vb。

　　由式(4)可见,对应于一组设定的ε。1,ε。2,…,在lnv-t的坐标平面上,则有一组不同截距K1,K2,K3,…和不同斜率ε。1,ε。2,ε。3,…的直线与其对应。于是通过控制活动横梁的v,便可实现恒ε。的拉伸。

　　1.2　控制原理

　　控制系统是结合岛津AG - 10TA电子万能试验机实施的,但是其基本原理对任何电子万能试验机均有参考价值。

　　AG - 10TA电子万能试验机主要由活动横梁的驱动系统、测量系统和负荷机架三部分组成。本文的控制系统主要涉及活动横梁的驱动系统,图1的虚线范围是其工作原理的框图。

原系统的横梁速度只能设定为常数,并且控制程序为固化程序,又无接口,不能在原机上通过改变软件程序实现恒ε。的要求。我们作了如下改进:在原系统的A处设一开关,当A与A′相接时,系统维持原机的控制功能。当A与B相接时,图1由点划线包围的改进部分就接入系统。改进部分是由一台386计算机、数模转换(D/A)卡和伺服放大器组成。计算机按公式(4)的软件程序发出信号,通过(D/A)卡获得速度电压模拟量,再利用伺服放大器所储存的准确模拟电压值把速度电压模拟量转化为速度量,最终便实现了按恒ε。拉伸控制横梁移动的功能。