試驗采用“程控”控制方式,利用
試驗機的引申計系統(tǒng),繪制力-變形彈性回歸曲線,這個實驗內(nèi)容的技術含量是最高的,能充分發(fā)揮微機控制
電子萬能試驗機的特點。
本次試驗學生操作要點有兩個:一是讓學生動手進行變形測量系統(tǒng)標定(即引伸計標定),使學生明白標定是怎么一回事,標定是本次試驗最重要的環(huán)節(jié),標定的好壞直接影響試驗精度;二是讓學生自己動手在試樣上裝卡引伸計,在材料的彈性范圍內(nèi)用程控方式進行卸載和再加載,繪制力-變形彈性回歸曲線,以證明胡克定律。這個實驗過程看起來很簡單,因為胡克定律是經(jīng)典理論,不會有錯,但在彈性范圍內(nèi)力-變形曲線的加載線,卸載線和再加載線能否重合,實際上是考核
微機控制電子萬能試驗機的整體水平(包括測量控制系統(tǒng)和試驗軟件)及試驗者的操作技能。下圖為低碳鋼試樣驗證胡克定律(加載-卸載-再加載)的力-變形彈性回歸曲線。
本次實驗需要準確繪制低碳鋼和硬鋁兩種材料的力-變形曲線,根據(jù)實驗曲線判讀并計算彈性模量和規(guī)定非比例延伸強度,這樣實驗內(nèi)容在高校材料力學實驗中一般不做,因為需要學生使用引伸計系統(tǒng),如果操作不當容易出事,損壞引伸計系統(tǒng)。當然試驗結果的正確與否,也跟微機控制電子
萬能試驗機的引伸計配置、試驗軟件有關。引伸計的正確配置應為50mm標距5mm量程,變形測量范圍為0.2%-100%F.S。在材料力學性能實驗中應該讓學生動手使用引伸計系統(tǒng),這樣才能全面掌握微機控制電子萬能試驗機的使用,而且使用引伸計可以使學生更好理解“變形”和“位移”的不同含義,掌握測量試樣變形的試驗方法。
(1)對于低碳鋼彈性模量測試,實驗的主要目的是為了驗證胡克定律和測定其拉伸彈性模量。
在編制“自動程控”程序時要求:一對試樣所加載荷必須保證材料不進入屈服,這樣試樣可反復使用;二在彈性范圍內(nèi)能自動進行加載卸載再加載以驗證胡克定律。在編制“低碳鋼彈性模量測試”方案時,設置了返車參數(shù),試驗結束后試驗機會以5mm/min速度自動返車,返回試驗開始設置(即試驗力卸到零),便于取下試樣。本次試驗最大變形量只有0.052mm左右,對學生的操作技能是個考驗。
在試驗中要求學生注意觀察彈性直線段內(nèi)的加載、卸載再重新加載過程,觀察所繪制的直線是否重合,以驗證胡克定律。試驗結束后學生在軟件的數(shù)據(jù)處理界面上自己進行數(shù)據(jù)處理,計算出彈性模量并按國家標準規(guī)定修約。
(2)對于鋁合金拉伸試驗,實驗主要目的是為了驗證胡克定律、測定彈性模量和規(guī)定非比例延伸強度、觀察材料的滯后現(xiàn)象、驗證“位移”與“變形”不是同一概念,掌握直線平移法判讀規(guī)定非比例延伸強度的處理方法。
鋁合金拉伸試驗的“自動程控”程序有10步:第1步至第3步是為了證明胡克定律。第4步至第5步是為了驗證卸載定律、觀測冷作硬化和材料屈服后產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象。第5步當變形至1.6mm時,根據(jù)試驗方案的預先設置,程序會自動提示取下引伸計,從這時起位移代替試樣的變形。第7步至第8步是為驗證“位移”與“變形”不是同一概念編制的,說明力-位移曲線只能定性分析,不能定量計算E。第8步至第10步,改變試驗速度(加快速度)直至試樣拉斷,試驗機停機。
試驗結束后,進入數(shù)據(jù)處理界面,用作圖方法可直觀判讀R,其過程為:
用鼠標在彈性直線內(nèi)判讀彈性段J點(一般取彈性直線段的10%)和彈性段K點(一般取彈性直線段的50%),通過所選的兩點確定直線段的斜率,用直線平移法平移0.2%.Le與曲線相交的點即為R。
學生在數(shù)據(jù)處理界面上自己進行數(shù)據(jù)處理,計算出鋁合金的彈性模量E、規(guī)定非比例延伸強度R、抗拉強度R,并按國標規(guī)定進行修約,最后打印試驗報告。
本次試驗要求學員應觀察和掌握的重點:電測作圖法原理和方法、在彈性直線段驗證胡克定律的情況、材料屈服后的滯后現(xiàn)象、變形和位移的區(qū)別、硬鋁冷作后的硬化現(xiàn)象、硬鋁的破壞斷口及原因、引伸計裝卡技能、規(guī)定非比例延伸強度R判讀和處理;彈性模量修約規(guī)則。