拉伸扭转试验机的技术升级

    拉伸扭转复合试验机是为了测定材料在受拉伸扭转联合作用时的力学行为。此类试验机以其可进行复杂应力状态试验的优势，受到极大关注。近年来，在现代工程（特种设备）应用领域，越发重视对设备的挖潜利用。国家十一五课题“大型高参数高危险性成套装置长周期运行安全保障关键技术研究及工程示范”中明确提出要进行“考虑材料塑性强化效应的承压结构极限承载能力”的研究，突破了材料只应用在弹性阶段的传统观点。拉伸扭转复合试验机的研制对完成上述课题研究起到至关重要的作用。

    本文针对已购进的一台国内自行研制的QBN500-L200 型拉伸扭转试验机进行了技术升级，该试验机主要适合测试螺栓预紧力等指标。由于部分项目工程的实际要求，试验机存在以下不足亟待升级：(1) 试验机虽然能够实现拉伸扭转的同步实验，但由于结构原因，无法实现任意拉伸扭转比例的加载；(2) 拉力无法恒定施加；(3) 软件方面功能的不足。

    国内现有的扭转试验机虽然大部分实现了计算机控制调速电机系统^[1]，但仅仅局限在材料受单一扭转力的范围内^[2]，大大限制了我们更好的分析材料的机械性能。瑞士 RUMUL 公司虽然已有多功能拉扭复合疲劳试验机，但价格昂贵。

    为解决仪器不能任意改变拉力扭转加载比例的问题，本文开发一套控制电路及其配套的控制软件，以实现仪器的二向载荷施加、数据采集以及与计算机的通讯等功能。

    1　试验机的改造部分

    目前我校的拉扭试验机的状态：通过交流伺服电动机，减速机带动主动夹头旋转加载，扭矩和扭角检测采用高精度扭矩传感器和光电编码器，计算机动态显示试验扭角扭矩曲线，加载速率，试验力峰值等实验参数。该试验机的不足之处是：施加的拉力仅仅依靠手旋转螺纹扭转带动，无法任意改变大小，且随着试件塑性变形后加载拉力值无法恒定。如对该仪器加以改造（见图 1），保留原有的扭转试验部分，增加新的拉力驱动装置，更新原有计算机控制系统，可使该仪器更好的满足某些工程的特殊要求。从应用前景、性价比上看是完全必要、非常值得的，同时具有较好的市场推广价值。

    1.1　拉力加载系统

    改变原有拉力施加装置。通过计算机控制，实现伺服电机驱动丝杠旋转施加恒定拉力，同时在软件中通过程序控制实现任意改变拉力加载比例的功能。具体方法：使用拉力传感器将拉力值实时反馈到计算机，经过软件控制保证输出恒定的拉力。

    1.2　拉力恒定部分

   在原有仪器中加入拉力传感器实时采集实验中试件所受拉力，并将其转换为数字信号输入计算机。计算机通过对数据分析，将计算结果反馈为电机驱动信号，以保持拉力值的恒定。