- 淺談萬能材料試驗機的發展歷程
我國(guo)(guo)(guo)的(de)第一臺萬能(neng)材料試驗機(ji)(ji)是(shi)(shi)由(you)鄧曰謨教授研制(zhi)的(de)。從戰(zhan)爭中誕(dan)生(sheng)的(de)中國(guo)(guo)(guo)近代機(ji)(ji)械(xie)(xie)工業(ye)(ye)，從一開始就具(ju)有(you)半殖民地半封(feng)建的(de)特點(dian)，中國(guo)(guo)(guo)民族資本創辦的(de)企業(ye)(ye)一直處于(yu)帝國(guo)(guo)(guo)主義、封(feng)建主義和官僚買辦的(de)重壓之(zhi)下，境況十分艱難。直到(dao)20世紀上(shang)半葉，中國(guo)(guo)(guo)的(de)機(ji)(ji)械(xie)(xie)工業(ye)(ye)仍然極為落(luo)后(hou)，主要(yao)的(de)機(ji)(ji)器設備(bei)都是(shi)(shi)依賴(lai)進口，機(ji)(ji)械(xie)(xie)產(chan)品的(de)設計和制(zhi)造(zao)也大都由(you)洋人把(ba)持。鄧曰謨就是(shi)(shi)在(zai)這種歷(li)史條(tiao)件下開始自己在(zai)機(ji)(ji)械(xie)(xie)工程(cheng)領域的(de)探索和奮斗的(de)。
1930年，鄧曰(yue)謨被(bei)聘為北洋(yang)大學(xue)(xue)教(jiao)(jiao)授。南(nan)京國民政(zheng)府教(jiao)(jiao)育部規定，凡是工科院校(xiao)必須建立(li)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)(shi)。但當時(shi)的(de)教(jiao)(jiao)學(xue)(xue)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)儀(yi)器設備(bei)幾乎全靠進口，且價(jia)格昂貴，如(ru)(ru)一(yi)(yi)臺50000磅(bang)材(cai)料試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)(ji)(ji)需(xu)花(hua)費15000多美元，而政(zheng)府對學(xue)(xue)校(xiao)的(de)撥款(kuan)極為有(you)(you)限(xian)。為了克服這(zhe)個困難，鄧曰(yue)謨下決心自(zi)(zi)己設計、自(zi)(zi)己制造。1932年至1933年，鄧曰(yue)謨依托機(ji)(ji)(ji)(ji)械研究社，經過(guo)一(yi)(yi)系(xi)(xi)列(lie)艱苦試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)，成功地設計制造出了材(cai)料試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)(shi)、水力(li)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)(shi)的(de)一(yi)(yi)系(xi)(xi)列(lie)儀(yi)器設備(bei)，如(ru)(ru)油(you)壓試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)(ji)(ji)、沖(chong)擊試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)(ji)(ji)、水泥拉力(li)機(ji)(ji)(ji)(ji)、流速計、混(hun)流水泵(beng)、兩級水泵(beng)、水輪機(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)，除(chu)了裝備(bei)北洋(yang)大學(xue)(xue)的(de)材(cai)料試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)(shi)和水力(li)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)(shi)外，還供給山東大學(xue)(xue)、中山大學(xue)(xue)、河南(nan)大學(xue)(xue)、重(zhong)慶大學(xue)(xue)、焦作工學(xue)(xue)院、河南(nan)水利專門學(xue)(xue)校(xiao)及全國其他許多高(gao)校(xiao)的(de)有(you)(you)關實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)(shi)使(shi)用(yong)。其中50000磅(bang)材(cai)料試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)(ji)(ji)為當時(shi)由(you)中國人自(zi)(zi)己設計和制造的(de)第一(yi)(yi)臺萬能材(cai)料試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)(ji)(ji)，可(ke)以進行有(you)(you)關材(cai)料機(ji)(ji)(ji)(ji)械性能的(de)一(yi)(yi)系(xi)(xi)列(lie)靜力(li)試驗(yan)(yan)(yan)(yan)(yan)
其實英國早在(zai)1880年已生產了(le)杠(gang)桿(gan)重(zhong)錘式材料試(shi)驗機(ji)，在(zai)1908年又生產了(le)螺母、螺桿(gan)加載的萬能(neng)試(shi)驗機(ji)，這些試(shi)驗機(ji)可(ke)進行材料的拉伸、壓縮、彎曲和扭轉等(deng)驗，但是(shi)由于(yu)結構復雜(za)，體積龐大，操作繁(fan)瑣，只能(neng)進行靜態(tai)試(shi)驗，所以(yi)被淘汰。
約在(zai)90年前，瑞士Amsler公(gong)司開發了液壓萬能(neng)試(shi)驗機，這種(zhong)試(shi)驗機較(jiao)機械式(shi)操作簡便、輸出力(li)(li)大、結構簡單、體積緊(jin)湊，能(neng)完成材(cai)料的各種(zhong)靜態(tai)力(li)(li)學性能(neng)試(shi)驗，至今這種(zhong)拉力(li)(li)機仍(reng)在(zai)生產使(shi)用。
19世紀初葉，產業革命以后(hou)(hou)，隨(sui)著蒸汽機(ji)車(che)(che)和(he)機(ji)動運載工具(ju)的(de)(de)(de)發展以及(ji)機(ji)械設備的(de)(de)(de)廣(guang)泛應用(yong)，運動部件(jian)的(de)(de)(de)破壞經常發生(sheng)。破壞往(wang)往(wang)發生(sheng)在零部件(jian)的(de)(de)(de)截(jie)面突變處。破壞處的(de)(de)(de)名義應力不高，低于(yu)(yu)材料的(de)(de)(de)強(qiang)度極(ji)(ji)限，有時還低于(yu)(yu)屈服極(ji)(ji)限。1847年，德國人A.Whler(沃勒)對金(jin)屬(shu)(shu)疲(pi)勞(lao)(lao)進(jin)行(xing)了(le)深入(ru)系統的(de)(de)(de)研究。 1850年，沃勒設計了(le)第一(yi)臺用(yong)于(yu)(yu)機(ji)車(che)(che)車(che)(che)軸的(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)試(shi)驗(yan)機(ji)，用(yong)來(lai)進(jin)行(xing)全尺寸機(ji)車(che)(che)車(che)(che)軸的(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)試(shi)驗(yan)。以后(hou)(hou)他又研制出(chu)多種型式(shi)的(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)試(shi)驗(yan)機(ji)，并首次用(yong)金(jin)屬(shu)(shu)試(shi)樣進(jin)行(xing)疲(pi)勞(lao)(lao)試(shi)驗(yan)。他在1871年發表的(de)(de)(de)論文中，系統論述了(le)疲(pi)勞(lao)(lao)壽命和(he)循環應力的(de)(de)(de)關系，提出(chu)了(le)S-N曲線和(he)疲(pi)勞(lao)(lao)極(ji)(ji)限的(de)(de)(de)概念，確立(li)了(le)應力幅是疲(pi)勞(lao)(lao)破壞的(de)(de)(de)決定因素，奠定了(le)金(jin)屬(shu)(shu)疲(pi)勞(lao)(lao)的(de)(de)(de)基礎，有“疲(pi)勞(lao)(lao)試(shi)驗(yan)之(zhi)父(fu)”之(zhi)稱。
1929年美(mei)國人(ren)Peterson R.E.(彼特遜)對尺寸效(xiao)應(ying)進(jin)行了一系列試驗，提出了應(ying)力集中系數的(de)理(li)論值。1929年—1930年英國人(ren)Haigh B.P.(海夫)對高(gao)強(qiang)鋼和軟鋼的(de)不同缺口效(xiao)應(ying)做了合理(li)解釋。
1945年(nian)(nian)美國(guo)人Miner M.A.(邁(mai)因(yin)納)在對疲勞(lao)(lao)損(sun)傷積累(lei)問題(ti)進行了(le)(le)(le)大量試驗研究的基(ji)礎(chu)上，將PalmgrenJ.V.(帕姆格倫)1924年(nian)(nian)提出的線性累(lei)積損(sun)傷理論公(gong)式化，形成了(le)(le)(le)著(zhu)名的Palmgren—Miner線性累(lei)積損(sun)傷法(fa)則(簡稱Miner法(fa)則)。在20世(shi)紀40年(nian)(nian)代(dai)前蘇聯的CepeHceH C.A.(謝聯先)還提出了(le)(le)(le)常(chang)規疲勞(lao)(lao)的設(she)計(ji)(ji)計(ji)(ji)算公(gong)式，奠定了(le)(le)(le)常(chang)規疲勞(lao)(lao)設(she)計(ji)(ji)的基(ji)礎(chu)。
1952年(nian)美國(guo)(guo)國(guo)(guo)家航空管(guan)理局劉易斯研究所(suo)的Manson S.S.(曼(man)森)和Coffin L.F.(科芬)，在大量試驗(yan)的基(ji)礎(chu)上，提出了表(biao)達塑性應變與疲(pi)(pi)勞壽命關系的Manson—Coffin方程，奠定了低周疲(pi)(pi)勞的基(ji)礎(chu)。20世紀(ji)50年(nian)代(dai)使(shi)用(yong)電(dian)子顯微鏡，給疲(pi)(pi)勞機制的研究開(kai)拓了新紀(ji)元。
1949年Weibull W.(威布爾(er))發表了對疲勞試(shi)驗數(shu)據進行(xing)統(tong)計處理(li)的著(zhu)名方法。1959年Pope J.A.(波普)指(zhi)出(chu)疲勞壽命服(fu)從對數(shu)正態分布。
在(zai)上個世紀50年(nian)代(dai)初(chu)，出現了高速響應的(de)(de)永磁式力矩(ju)馬達，50年(nian)代(dai)后(hou)期又出現了已噴嘴擋板閥為先(xian)導(dao)級的(de)(de)電(dian)液伺(si)服(fu)閥，使電(dian)液伺(si)服(fu)系(xi)統成為當(dang)時響應最快，控(kong)制(zhi)精度最高的(de)(de)伺(si)服(fu)系(xi)統。
60年(nian)代各種(zhong)結構(gou)的(de)(de)(de)電(dian)液伺(si)(si)(si)服閥的(de)(de)(de)相繼問世，特別(bie)是以穆格為代表的(de)(de)(de)采(cai)用(yong)干式(shi)力矩馬達的(de)(de)(de)級間力反饋(kui)的(de)(de)(de)電(dian)液伺(si)(si)(si)服閥的(de)(de)(de)出現(xian)和(he)各類(lei)電(dian)反饋(kui)技術(shu)的(de)(de)(de)應用(yong)，進一步提高(gao)了電(dian)液伺(si)(si)(si)服閥的(de)(de)(de)性能，電(dian)液伺(si)(si)(si)服技術(shu)日臻(zhen)成熟，電(dian)液伺(si)(si)(si)服系(xi)統(tong)已(yi)成為武器和(he)航空(kong)、航天自動控(kong)制(zhi)以及一部(bu)分民(min)用(yong)技術(shu)設備自動控(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)重要組成部(bu)分。
20世(shi)紀60年(nian)代(dai)，隨(sui)著大規模(mo)集成(cheng)電路的(de)出(chu)現，研制(zhi)出(chu)了能夠模(mo)擬(ni)零(ling)部件服(fu)役(yi)載荷工(gong)況的(de)隨(sui)機(ji)(ji)(ji)疲勞(lao)(lao)試(shi)驗機(ji)(ji)(ji)。20世(shi)紀70年(nian)代(dai)，國外已廣泛使用電子計算(suan)機(ji)(ji)(ji)控制(zhi)的(de)電液伺服(fu)疲勞(lao)(lao)試(shi)驗裝置來進行隨(sui)機(ji)(ji)(ji)疲勞(lao)(lao)試(shi)驗。20世(shi)紀90年(nian)代(dai)，已經出(chu)現了上下(xia)位機(ji)(ji)(ji)結構的(de)全數(shu)字的(de)伺服(fu)控制(zhi)器，閉(bi)環控制(zhi)計算(suan)速率(lv)達到了6kHz，數(shu)據(ju)傳輸采用100Mb以(yi)(yi)太網卡(Ethernet)，可以(yi)(yi)完成(cheng)控制(zhi)模(mo)式的(de)平滑(hua)無擾切換、多通道的(de)協調加載以(yi)(yi)及各種工(gong)況譜的(de)實驗室再(zai)現。
萬能材料試驗機(ji)從開發生產(chan)之初到現(xian)在成為引(yin)領高科技的(de)(de)(de)試驗設備，每一步的(de)(de)(de)技術(shu)(shu)改革(ge)都是工程師(shi)們不斷(duan)積累經驗的(de)(de)(de)成果，我(wo)們作為新時代的(de)(de)(de)掌(zhang)舵人，更應(ying)該吸取前人的(de)(de)(de)技術(shu)(shu)經驗，不斷(duan)自(zi)主創新以(yi)及技術(shu)(shu)改革(ge)，把我(wo)國的(de)(de)(de)材料試驗機(ji)工程推向全世界。
推薦資訊