双轴比例与非比例加载下的变形与疲劳实验指示书.doc

双轴比例与非比例加载下的变形与疲劳实验指示书

（2004年11月）

一、 实验目的

1． 了解双轴加载变形的实验方法
2． 液压伺服双轴疲劳实验方法
3． 测定材料的循环应力曲线
4． 熟悉计算机控制下的获得实验数据的方法

二、 实验设备和试件

双轴四缸电液伺服试验机， 见图1。
45号钢十字板试件，如图2所示

图1双轴四缸电液伺服试验机

图2 45号钢十字板试件

三、 实验方法概述

3.1. 机控制原理简述

该设备采用两套独立的伺服控制系统组成X轴和Y轴双向加载系统。其中X轴和Y轴控制器是相互独立的，每个轴向上采用双缸加载方式。由于X轴和Y轴的控制器原理是相同的。下面我们就以Y轴控制器为例来简要介绍一下工作原理。

附图是原理框图；信号源输出的控制指令信号与“控制状态”选择的被控反馈信号在比较器输出一个误差信号。这个误差信号经过PID调节后同时送到Y轴的两个阀驱动器Y+和Y-上，控制两个阀推动各自的油缸向着指令要求的方向对称运动，来减小误差趋向控制指令目标。
当两个油缸对称作用时，由于各种因素使其中心偏离“中心控制命令”要求的值时，其中心比较器输出一个误差信号，经过PI调节后分别送到Y+和Y-的阀动器上，改变两个驱动器平衡来修正中心对称。
整个控制过程就是两个调节器不断地调整两个驱动器的输出，使其相应的反馈信号与设定信号之间的误差最小。
从原理图中，我们看到“控制状态反馈器”是从三种控制对象即：负荷、位移和应变中选择其一种。这也就是说，主控制状态有三种方式。而辅助中心控制反馈只有两种即：
负荷中心反馈和位移中心反馈。在具体操作时，主控状态和辅助中心控制状态可任意组合。即：位移控制+位移中心控制、负荷控制+负荷中心控制等。这要视具体试验条件及试验要求由操作者任意选择。

3.2. 实验条件
双轴正弦疲劳试验，X、Y轴项幅角相差30°
试样材料45#钢（预计试样变形Y轴0.2mm,X轴0.25mm）。
Y轴试验力峰值 +40kN，试验力谷值 -20kN
X轴试验力峰值 +50kN，试验力谷值 -10kN
试验波形为正弦波，频率 4HZ
循环次数 2000
控制方：载荷反馈

四、 安全要求

液压试验机的安全使用
液压伺服疲劳试验机的动态动态响应是其重要的性能指标，随着动态响应的提高，其试验过程中的危险性就会提高，容易造成人身伤害和国家财产损失。其危险性主要由两方面造成的：其一，试验过程中的失控现象（试验过程中试件破坏，非正常断电等）；其二，试验中的误操作（试验过程中违规操作计算机和控制面板上的按钮）。为了避免事故的发生，在做试验之前特做以下规定：
（1） 试验过程中不得任意走动
（2） 未经允许试验过程中不准按动控制面板上的按钮
（3） 未经允许试验过程中不准随意改变计算机程序设置
（4） 听从实验室老师的命令

五、 试验操作:

5.1. 加装试件
首先，用鼠标分别双击“X-面板”和“Y-面板”上“控制方式”区中的“位移”键，使X轴及Y轴均进入“位移”控制并保持当前的油缸位置不变。
由于Y轴最大试验力为40 kN，所以Y轴载荷放大器选择2倍量程最佳。选择载荷2倍档并对该档载荷调零。X轴最大试验力为50 kN，所以X轴载荷放大器选择1倍量程档,并对该档载荷调零。
将“油压转换”开关放到中压位置，启动液压源工作。这时主机的油缸会有微量的调整。
将试样安装到位。并将小位移传感器接入系统后，把试样夹牢。面板上的“油压转换”开关放到高压位置，这时油源输出高压。用鼠标分别双击“X-面板”和“Y-面板”上“控制方式”区中的“负荷”键，使X轴及Y轴均进入“负荷”控制方式。设置保护极限。

5.2. 加载

操作XY函数发生器

波型
频率
幅值
均值
计数
相差
X-函数发生器
正弦波
1 Hz
10 kN
5 kN
1000
0°
Y-函数发生器
正弦波
0.8 Hz
10 kN
5 kN
1000

执行准备启动操作 .选择同步启动或30°异步启动，试验即开始运行。当循环计数到达预定值时信号源自动停机。中途停机时可单击主面板右下角的“结束”键。
用鼠标单击主面板显示区的“负荷”处，这时显示内容变成峰值，同时循环计数值也显示在下边。观察上下峰值是否满足试验要求，根据情况可以从新调整信号源。

5.3. 记录
如果需要把某一波形的试验数据存盘,比如第10周。选择文件名，然后观察表头计数值，达到第10周时，按下控制面板上的“记录”按键，试验数据即可存盘。也可以按下控制面板上的“单次”按键后,存盘操作完成。

六、 实验报告要求
6.1 实验目的、日期
6.2 试验中所用的试样几何形状与尺寸是否合适？为什么？应该满足什么要求？
6.3 试验装置简图
6.4 根据本组的实验情况，得到X，Y轴载荷控制曲线，X，Y轴位移曲线，X轴位移——载荷曲线，Y轴位移——载荷曲线。
6.5 讨论：如改变控制条件结果曲线将如何变化。
6.6 如何设计一个比例加载试验？比例加载试验测量的变形曲线
6.7 如何设计一个非比例加载试验？非比例加载试验测量的变形曲线
6.8 测量的材料循环应力曲线
6.9 结论

注：由于试件的不同，以上试验数据，可能有所变化。
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