拉力機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,拉力機(jī)技術(shù)要求越來(lái)越高,以前的試驗(yàn)機(jī)采用度盤(pán)顯示力值,現(xiàn)如今的拉力機(jī)采用電腦操作,方便更準(zhǔn)確。原始的拉力機(jī)是機(jī)械式的,如英國(guó)早在1880年已生產(chǎn)了杠桿重錘式材料試驗(yàn)機(jī),在1908年又生產(chǎn)了螺母、螺桿加載的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),這些試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行材料的拉伸、壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)等驗(yàn),但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積龐大,操作繁瑣,只能進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn),所以被淘汰。
約在90年前,瑞士Amsler公司開(kāi)發(fā)了液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),這種試驗(yàn)機(jī)較機(jī)械式操作簡(jiǎn)便、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊,能完成材料的各種靜態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn),至今這種拉力機(jī)仍在生產(chǎn)使用。
19世紀(jì)初葉,產(chǎn)業(yè)革命以后,隨著蒸汽機(jī)車(chē)和機(jī)動(dòng)運(yùn)載工具的發(fā)展以及機(jī)械設(shè)備的廣泛應(yīng)用,運(yùn)動(dòng)部件的破壞經(jīng)常發(fā)生。破壞往往發(fā)生在零部件的截面突變處。破壞處的名義應(yīng)力不高,低于材料的強(qiáng)度極限,有時(shí)還低于屈服極限。1847年,德國(guó)人A.Whler(沃勒)對(duì)金屬疲勞進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。1850年,沃勒設(shè)計(jì)了第一臺(tái)用于機(jī)車(chē)車(chē)軸的疲勞試驗(yàn)機(jī),用來(lái)進(jìn)行全尺寸機(jī)車(chē)車(chē)軸的疲勞試驗(yàn)。以后他又研制出多種型式的疲勞試驗(yàn)機(jī),并首次用金屬試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。他在1871年發(fā)表的論文中,系統(tǒng)論述了疲勞壽命和循環(huán)應(yīng)力的關(guān)系,提出了S-N曲線和疲勞極限的概念,確立了應(yīng)力幅是疲勞破壞的決定因素,奠定了金屬疲勞的基礎(chǔ),有“疲勞試驗(yàn)之父”之稱(chēng)。
1929年美國(guó)人Peterson R.E.(彼特遜)對(duì)尺寸效應(yīng)進(jìn)行了一系列試驗(yàn),提出了應(yīng)力集中系數(shù)的理論值。1929年—1930年英國(guó)人Haigh B.P.(海夫)對(duì)高強(qiáng)鋼和軟鋼的不同缺口效應(yīng)做了合理解釋。
1945年美國(guó)人Miner M.A.(邁因納)在對(duì)疲勞損傷積累問(wèn)題進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,將PalmgrenJ.V.(帕姆格倫)1924年提出的線性累積損傷理論公式化,形成了著名的Palmgren—Miner線性累積損傷法則(簡(jiǎn)稱(chēng)Miner法則)。在20世紀(jì)40年代前蘇聯(lián)的CepeHceH C.A.(謝聯(lián)先)還提出了常規(guī)疲勞的設(shè)計(jì)計(jì)算公式,奠定了常規(guī)疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
1952年美國(guó)國(guó)家航空管理局劉易斯研究所的Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科芬),在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了表達(dá)塑性應(yīng)變與疲勞壽命關(guān)系的Manson—Coffin方程,奠定了低周疲勞的基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代使用電子顯微鏡,給疲勞機(jī)制的研究開(kāi)拓了新紀(jì)元。
1949年Weibull W.(威布爾)發(fā)表了對(duì)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理的著名方法。1959年P(guān)ope J.A.(波普)指出疲勞壽命服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。
在上個(gè)世紀(jì)50年代初,出現(xiàn)了高速響應(yīng)的永磁式力矩馬達(dá),50年代后期又出現(xiàn)了已噴嘴擋板閥為先導(dǎo)級(jí)的電液伺服閥,使電液伺服系統(tǒng)成為當(dāng)時(shí)響應(yīng)最快,控制精度最高的伺服系統(tǒng)。
60年代各種結(jié)構(gòu)的電液伺服閥的相繼問(wèn)世,特別是以穆格為代表的采用干式力矩馬達(dá)的級(jí)間力反饋的電液伺服閥的出現(xiàn)和各類(lèi)電反饋技術(shù)的應(yīng)用,進(jìn)一步提高了電液伺服閥的性能,電液伺服技術(shù)日臻成熟,電液伺服系統(tǒng)已成為武器和航空、航天自動(dòng)控制以及一部分民用技術(shù)設(shè)備自動(dòng)控制的重要組成部分。
20世紀(jì)60年代,隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn),研制出了能夠模擬零部件服役載荷工況的隨機(jī)疲勞試驗(yàn)機(jī)。20世紀(jì)70年代,國(guó)外已廣泛使用電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)裝置來(lái)進(jìn)行隨機(jī)疲勞試驗(yàn)。20世紀(jì)90年代,已經(jīng)出現(xiàn)了上下位機(jī)結(jié)構(gòu)的全數(shù)字的伺服控制器,閉環(huán)控制計(jì)算速率達(dá)到了6kHz,數(shù)據(jù)傳輸采用100Mb以太網(wǎng)卡(Ethernet),可以完成控制模式的平滑無(wú)擾切換、多通道的協(xié)調(diào)加載以及各種工況譜的實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)。
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