儀器化沖擊的意義

抗沖擊性能，是材料領(lǐng)域的一個重要的研究對象，有助于確定材料或產(chǎn)品的安全性和可靠性。材料專業(yè)人士在研發(fā)新材料的時候，必須要考慮其在使用壽命期間能夠承受的沖擊能量，材料在斷裂過程中的表現(xiàn)，方能準(zhǔn)確了解新材料的薄弱環(huán)節(jié)，以幫助其研發(fā)更具競爭力的材料。工程師在應(yīng)用新材料時，準(zhǔn)確了解材料的抗沖擊性能，更能幫助其提高工程的安全性，選擇抗沖擊性能合適的材料，以提高質(zhì)量，節(jié)約花費(fèi)。

常規(guī)的擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)只能獲得材料的沖擊吸收功，落錘式?jīng)_擊試驗機(jī)甚至只能沖斷試樣，無法直接獲得任何數(shù)據(jù)，完全無法了解試樣在斷裂過程究竟是怎樣的，只只只能通過觀察斷口初步判斷是脆性材料還是韌性材料。而儀器化沖擊測試系統(tǒng)，能夠獲得試樣在沖擊瞬間力-時間曲線，定量獲得力與加載點(diǎn)位移的相互關(guān)系，直接反映出沖擊吸收功 Et 在材料動態(tài)斷裂全過程的分布特征，彌補(bǔ)了常規(guī)設(shè)備的不足。通過對力-時間曲線的軟件分析，該系統(tǒng)還能夠提供屈服力、大力、啟裂力和終止力等力值數(shù)據(jù)，并能提供大力能量、啟裂能量和終止能量等能量數(shù)據(jù)，為材料的選擇、性能研究和改進(jìn)提供豐富且可靠的數(shù)據(jù)參考。

20世紀(jì)早期，拉力試驗機(jī)只能獲得試樣的終斷裂強(qiáng)度。如今，大多數(shù)實驗室都已經(jīng)采用電子萬能拉力試驗機(jī)，有著豐富的數(shù)據(jù)存儲、分析能力和方便的圖表及試驗報告生成功能。顯然，目前國內(nèi)試驗室使用的沖擊試驗機(jī)功能與早期的拉力試驗機(jī)相似，已經(jīng)很難滿足日益發(fā)展的材料和產(chǎn)品的測試需要。我司的儀器化沖擊測試系統(tǒng)，能夠為所有的沖擊試驗機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代化升級，以幫助材料專業(yè)人士和工程師獲取精確、可靠的數(shù)據(jù)，從而真正了解材料和產(chǎn)品的沖擊性能。儀器化沖擊測試系統(tǒng)，必將領(lǐng)航?jīng)_擊試驗領(lǐng)域的未來。

主要技術(shù)參數(shù)

錘體組件

高低溫環(huán)境箱

設(shè)備詳述

設(shè)備主要技術(shù)特點(diǎn)

4.1.1 FIT302F-4儀器化落錘沖擊試驗機(jī)具有驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)定沖擊高度和錘頭重量后，通過電腦和控制按鍵控制實驗開始，實驗機(jī)能使提升，釋放，數(shù)據(jù)采集成為一套全自動化過程。

4.1.2 FIT302F-4儀器化落錘沖擊試驗機(jī)采用自動化控制，如自動防止二次沖擊，錘體根據(jù)不同規(guī)格試樣自動找零點(diǎn)，自動掛錘，自動提錘到設(shè)定高度，自動檢測門是否關(guān)閉等。本機(jī)所配專門使用控制面板和顯示屏可滿足用戶試驗要求，實時顯示橫梁高度，提供試驗參數(shù)諸如沖擊高度、砝碼配置等參數(shù)設(shè)置，外置測算錘體落體沖擊試樣前和沖擊試樣后的速度裝置。

4.1.3儀器化落錘沖擊試驗機(jī)是材料沖擊試驗定量化發(fā)展方向上的一次質(zhì)的跨越。普通落錘沖擊試驗只能對沖擊后試樣進(jìn)行觀察，而儀器化落錘沖擊試驗機(jī)可以定量獲得材料在被沖擊過程中所受的沖擊力與加載點(diǎn)位移的相互關(guān)系，直接反映出沖擊吸收功在材料動態(tài)斷裂全過程的分布特征，具有明確的物理意義與豐富的力學(xué)信息，是深入進(jìn)行材料動態(tài)斷裂性能研究的重要試驗設(shè)備。

4.1.4系統(tǒng)具有儀器化高速試驗?zāi)芰?，配備高精度傳感器，能自動采集記錄沖擊力-位移曲線，能自動分析主要沖擊參數(shù),采樣頻率2MHz，動態(tài)載荷測量誤差<2%。

4.1.5 帶有自動片材的氣動夾持裝置。

4.1.6 提升系統(tǒng)精度高，速度快，有斷電保護(hù)功能保證斷電時錘頭不會意外落下。

4.1.7 抓脫錘裝置非常安全，在重力作用下不會發(fā)生脫鉤意外，斷電時也不會張開，配備檢測和警示裝置防止掛鉤沒有抓牢錘頭的情況發(fā)生。

4.1.8 整個試驗機(jī)四周配備安全防護(hù)裝置，防止斷裂試樣飛濺，同時要求防護(hù)門有自鎖功能，在門打開的情況下，試驗機(jī)會自鎖，主要操作無效，從而防止誤操作，保證試驗人員的安全。

儀器化落錘沖擊試驗機(jī)特點(diǎn)

1. 通過沖擊力值傳感器、高速數(shù)據(jù)調(diào)理儀及高速數(shù)據(jù)采集卡采集沖擊瞬時的力-時間曲線，通過測速系統(tǒng)測出沖擊速度，自動計算出位移，并通過積分獲取力-位移曲線。

2. 軟件自動擬合力-位移曲線。

3. 軟件自動在力-位移曲線上找出動態(tài)屈服力、大力、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力等特征點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)處理進(jìn)一步獲得屈服位移、大力時位移、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止位移、總位移、大力時的能量、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量、總沖擊能量等指標(biāo)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)我們可以有效地將沖擊吸收功劃分為物理意義明確的能量分布組成區(qū)域，并直接揭示沖擊吸收功在試樣彈/塑性變形、裂紋形成與擴(kuò)展各階段的貢獻(xiàn)，以此定量反映材料在動態(tài)斷裂過程中所具有的韌化或脆化的趨勢。

4. 無需手工處理數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)處理過程自動完成，沖擊完成后可立即獲得所需的全部數(shù)據(jù)結(jié)果和試驗報告。

沖擊力值傳感器

采用壓電晶體式?jīng)_擊力值傳感器，具有高響應(yīng)頻率。

壓電晶體式?jīng)_擊傳感器

高低溫環(huán)境箱

高低溫試驗箱與設(shè)備一體化設(shè)計，美觀耐用，在前門正中安裝有觀察窗，箱內(nèi)側(cè)壁裝有照明等，能在試驗過程中觀察試樣的試驗情況。內(nèi)膽采用耐熱不銹鋼制作，保溫材料采用聚胺脂發(fā)泡，超級玻璃棉復(fù)合保溫，具有很好的保溫性能。

溫度控制系統(tǒng)采用人工智能控制，具有控溫精度高，性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時還具有自我超溫報警電路，使設(shè)備運(yùn)行更加安全可靠，采用控制精度高的進(jìn)口SSR作為執(zhí)行元件，從而提高控制精度。高低溫箱控制器配備有能與計算機(jī)通訊的工業(yè)485總線模塊，當(dāng)配備相應(yīng)溫控表軟件后可在計算機(jī)上直接對溫控表的溫度進(jìn)行設(shè)定及讀取。

復(fù)合板沖擊支座

該復(fù)合板沖擊支座按標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 7136中要求設(shè)計。將試樣放置在試樣支撐板上，夾緊試樣，以便沖擊。該夾具放置于底座的全封閉式高/低溫箱內(nèi)，手動夾持和松開。只有關(guān)閉箱門，才能進(jìn)行沖擊，保證試驗員的人身安全。

三點(diǎn)彎曲沖擊支座

測速裝置和緩沖裝置

測速裝置是通過光纖傳感器對錘頭沖擊過程的速度的測量。測量沖擊錘頭沖擊試樣前瞬間和沖擊完成后的速度，通過運(yùn)算，計算出錘頭在沖擊前和沖擊后的動能差，此動能差即為試樣受沖擊時的吸收功和兩測速裝置間的摩擦損失。通過修正，可將摩擦損失帶來的誤差降至小，即可精確的得出試樣受沖擊時的吸收功。

防二次沖擊裝置

防二次沖擊裝置功能是當(dāng)錘頭沖擊試樣后，被彈起時，再次沖擊試樣之前，將錘頭頂起，防止二次沖擊而影響結(jié)果。該裝置主要由連桿機(jī)構(gòu)、氣缸、墊塊、緩沖墊組成?？蛻艨筛鶕?jù)試樣規(guī)格及夾具更換不同規(guī)格的墊塊。沖擊試驗時，氣缸保持在伸出狀態(tài)，當(dāng)沖擊完成錘體組件被彈起時，傳感器可檢測到速度反向，此時控制系統(tǒng)出發(fā)電磁閥，使氣缸收縮，頂住錘體，防止二次沖擊。氣缸收縮時連桿機(jī)構(gòu)處于垂直自鎖位置，錘體沖擊時作用力不會傳遞到氣缸，保證了氣缸的壽命。

安全防護(hù)裝置

整個試驗機(jī)四周設(shè)有全封閉的防護(hù)罩，可以有效防止斷裂試樣飛濺，也可以防止試驗人員在試驗時進(jìn)入試驗機(jī)內(nèi)部。防護(hù)罩設(shè)有門限位開關(guān)，在防護(hù)門打開的情況下，試驗機(jī)會自鎖，主要操作無效，從而防止誤操作，保證試驗人員的安全。

控制系統(tǒng)

該試驗機(jī)配有一套自動控制系統(tǒng)，使主機(jī)的提錘、零位、送料、沖擊、抓錘成為一套全自動化過程，大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率及操作安全。采用PLC可編程序控制器來設(shè)計試驗機(jī)的自動控制系統(tǒng)，配備觸摸屏來作為終端操作機(jī)，采用旋轉(zhuǎn)編碼器來采集和控制高度。由于PLC的可靠性與穩(wěn)定性極高，抗干擾能力極強(qiáng)，因而整個控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性也很高，不會出現(xiàn)誤動作，大提高了試驗人員的安全性。同時控制系統(tǒng)還有對如下故障進(jìn)行聲光報警功能：試樣不到位故障、錘頭未自鎖故障、防護(hù)裝置故障、錘頭提升不到位故障等。系統(tǒng)具有橫梁行程限位、緊急停止開關(guān)、電機(jī)過流、過熱、漏電和斷電保護(hù)等功能。

儀器化測試系統(tǒng)

1）系統(tǒng)原理：

通過安裝有沖擊力值傳感器的落錘沖擊試樣，沖擊力值傳感器將沖擊瞬間的力值信號輸入至高速信號調(diào)理儀進(jìn)行放大，放大后的信號由高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并傳送至計算機(jī)存儲及分析。對原始數(shù)據(jù)力-時間曲線進(jìn)行計算和分析，可以獲得力-位移曲線及更多的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)力-位移曲線和特征值，可以準(zhǔn)確推斷出試樣的變形和斷裂特性。

2)儀器化沖擊測試系統(tǒng)組成及特點(diǎn)：

a. 沖擊力值傳感器

根據(jù)客戶需求，我司選配沖擊專門使用壓電式力值傳感器，沖擊力值載荷從1kN~500kN。具有響應(yīng)頻率高，線性好，壽命長等特點(diǎn)。

b. 高速信號調(diào)理儀

高速信號調(diào)理儀式將沖擊力值傳感器的應(yīng)變信號進(jìn)行放大以匹配高速數(shù)據(jù)采集卡的模擬信號輸入范圍，從而提高測量的分辨率和靈敏度。500kHz帶寬保證有效的高頻信號不會被衰減。

c. 高速數(shù)據(jù)采集卡

高精度A/D轉(zhuǎn)換，2MHz高速數(shù)據(jù)采集，真實而準(zhǔn)確的還原沖擊瞬間力值變化。

d. 儀器化沖擊測試分析軟件

儀器化沖擊測試分析軟件能夠自動觸發(fā)沖擊瞬間數(shù)據(jù)記錄，自動將力-時間曲線轉(zhuǎn)化為力-位移曲線，自動擬合曲線并獲取屈服力、大力、啟裂力和終止力等力值數(shù)據(jù)，并能提供大力能量、啟裂能量和終止能量等能量數(shù)據(jù)，并可根據(jù)客戶要求生成試驗報告。整個試驗過程完全自動，無需人工干預(yù)。

軟件特點(diǎn)

天益氏落錘沖擊試驗機(jī)控制系統(tǒng)dobTest V1.0已取得國家版權(quán)局計算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書，登記號：2022SR0093051

1. 多語言版本，支持所有語言并可動態(tài)切換。用戶可 自定義翻譯，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、自定義參數(shù)等輸入內(nèi)容均可 多語言切換。（如圖4.16.1）

2. 預(yù)留自定義數(shù)據(jù)處理算法接口，便于教學(xué)研究功能擴(kuò)展。

3. 數(shù)據(jù)輸出包含視頻、云圖、表格數(shù)據(jù)：可將測量過程圖像制作成視頻并輸出保存，且可再軟件中回放。（如圖4.16.2）

4. 支持多曲線顯示，能直觀對比不同材料的沖擊特性。（如圖4.16.3）

5. 軟件中可調(diào)用原始數(shù)據(jù)曲線，并可根據(jù)實際試驗情況人工更改軟件計算起始點(diǎn)及終止點(diǎn)，再重新運(yùn)算。此功能滿足特殊沖擊運(yùn)用，如多層結(jié)構(gòu)樣品，沖擊曲線出現(xiàn)多次峰值，可人工選擇單一峰值進(jìn)行研究。或者在動態(tài)壓縮沖擊過程中，因試驗過程中將樣品壓實而導(dǎo)致試驗曲線峰值力出現(xiàn)在末端，但研究動態(tài)壓縮沖擊有效曲線在前端吸收沖擊能量部分，因此修改計算起始終止點(diǎn)尤為重要。（如圖4.16.4）

6. 軟件支持直接導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)、曲線圖及數(shù)據(jù)列表。（如圖4.16.5）

7. 測量結(jié)果及分析結(jié)果輸出成報表，支持TXT，XLS等多種文件格式。（如圖4.16.6）

8. 支持多用戶分級管理，管理員可對其他用戶的使用 權(quán)限進(jìn)行管理。（如圖4.16.7）

9. 支持公式編輯，支持自定義數(shù)據(jù)處理算法接口， 內(nèi)置操作符，統(tǒng)計函數(shù)，且支持自檢。（如圖4.16.8）

10. 具備日志管理，操作記錄，且試驗數(shù)據(jù)可溯源，能定位數(shù)據(jù)被修改的時間和對應(yīng)用戶。

11. 試驗界面布局可更改，可自定義增加試驗顯示界 面，軟件窗體自定義縮放，窗體內(nèi)容等比例縮放。

12. 數(shù)據(jù)管理，△動態(tài)數(shù)據(jù)存儲，雙緩存機(jī)制，數(shù)據(jù)不丟失

13. 軟件試驗界面布局可更改，可自定義增加試驗顯示界面

軟件界面羅列：

圖4.16.1a 英文軟件界面

圖4.16.1b自定義語言界面

圖4.16.1c自定義語言界面

圖4.16.2 視頻云圖回放

圖4.16.3 多曲線對比顯示

圖4.16.4 修改計算起始點(diǎn)及終止點(diǎn)

圖4.16.5a 導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)

圖4.16.5b 導(dǎo)出圖表

圖4.16.6 導(dǎo)出數(shù)據(jù)報告

圖4.16.7 多用戶分級管理

圖4.16.8 公式化編輯