一种新型智能化材料试验机的计算机控制方法

摘要

智能化冲击机是用于金属材料力学性能测试与分析的仪器，主要研究金属材料的动态力学性能。智能化冲击机是一种对金属材料进行夏比冲击试验的重要测试分析仪器，以动态加载测定材料的韧脆性及韧脆转变温度。因该试验对材料的内部缺陷，工艺质量，及环境温度表现敏感，因此广泛地应用于冶金，机械，航空，核电，造船等领域。金属材料在静载荷下所表现的性能与其在动态条件下所表现的性能是完全不同的，有时甚至是截然相反的，如豪华巨轮泰坦尼克号的断裂，就是由于受到当时科技水平的限制，没有进行金属材料在低温，高速冲击条件下的研究，从而酿成了无法挽回的灾难。智能化冲击试验机优于传统的摆锤试验机是在高速加载过程中可以记录载荷(力)与加载时间的曲线，从而进一步对金属材料的断裂机理进行分析，而传统的摆锤试验机无法记录动态曲线，对材料力学性能的分析只局限在冲击吸收功的测量，没有起到动态测试的作用。 本研究设计了一台智能化冲击试验机。采用高速数据采集卡捕捉力的变化。采样频率0～20MHZ可调，延迟触发方式，外加同步器，自动存储原始数据，实时显示信号的变化趋势。现场驱动单元采用可编程控制器加扩展单元，以及脉冲发生器组成控制系统的核心结构，以串行RS-232的形式与上位计算机进行数据交换，完成各种操作，控制仪器的各种逻辑状态，监测各种故障信号，及时上报主机并采取相应保护措施。上位计算机装有应用软件，是控制系统的最上层，采用面向对象的可视化高级编程语言Visual Basic6．0编制，包含数据采集子程序，数据拟合与平滑处理子程序，数据库的操作与历史数据的复现子程序，在工业以太网环境下，以Access数据库为基础进行数据的上传与下载，实现实验室信息化管理。应用软件还包含试验数据及动态断裂力学的数据处理和分析的应用试验。通过对各部分的论述与分析，设计了一套智能化试验仪器的计算机控制系统，集采样，数据分析，使用操作，应用试验于一体。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究的意义

1.2国内外研究现状

1.2.1意大利冲击试验机现状

1.2.2美国冲击试验机发展现状

1.2.3我国材料试验机的发展状况

1.2.4国内外试验机的不足之处

1.2.5相关工作

1.3主要研究内容

1.3.1试验机主体机构

1.3.2动态信号采集系统

1.3.3数据库处理系统

1.3.4自动控制系统

1.4研究目标

1.5解决关键问题

1.6实施方案

1.7论文内容与安排

第2章仪器基本结构

2.1机械结构

2.2输出结果

2.3控制系统结构

2.4本章小结

第3章高速数据采集系统

3.1引言

3.2信号放大器的研制

3.2.1信号的特点

3.2.2力传感器

3.2.3信号放大器

3.3高速数据采集卡

3.4本章小结

第4章方向判别系统

4.1旋转编码器

4.2信号调理单元

4.3测量精度的评定

4.4测量范围的评定

4.5本章小结

第5章下位机控制系统

5.1可编程控制器

5.2控制系统原理

5.3梯形图

5.4通信单元

5.4.1硬件接口

5.4.2程序控制字

5.5上位机控制子程序

5.6本章小结

第6章上位机控制系统

6.1算法描述

6.1.1一个例子

6.1.2数学模型描述

6.1.3曲线分析

6.2曲线拟合

6.2.1数字滤波

6.2.2标度变换

6.2.3曲线拟合子程序

6.3数据导出

6.3.1结构流程图

6.3.2数据导出子程序

6.4本章小结

第7章数据管理系统

7.1数据格式

7.2数据流图

7.2.1数据流图的组成

7.2.2系统数据的组织

7.2.3数据描述

7.3数据操作的描述

7.4本章小结

结论

参考文献

攻读工程硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢