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浅谈万能材料试验机的发展历程。

内容概况:20世纪60年代,随着大规模集成电路的出现,研制出了能够模拟零部件服役载荷工况的随机疲劳试验机。20世纪70年代,国外已广泛使用电子计算机控制的电液伺服疲劳试验装置来进行随机疲劳试验。
      原始的万能材料试验机并不如现在多样化:电子式、电脑式、数显式、伺服控制、电液伺服......现如今的拉力机基本是全自动化的,高科技电脑控制,精度高,性能稳定可靠。

      我国的第一台万能材料试验机是由邓曰谟教授研制的。从战争中诞生的中国近代机械工业,从一开始就具有半殖民地半封建的特点,中国民族资本创办的企业一直处于帝国主义、封建主义和官僚买办的重压之下,境况十分艰难。直到20世纪上半叶,中国的机械工业仍然极为落后,主要的机器设备都是依赖进口,机械产品的设计和制造也大都由洋人把持。邓曰谟就是在这种历史条件下开始自己在机械工程领域的探索和奋斗的。
      1930年,邓曰谟被聘为北洋大学教授。南京国民政府教育部规定,凡是工科院校必须建立实验室。但当时的教学实验仪器设备几乎全靠进口,且价格昂贵,如一台50000磅材料试验机需花费15000多美金,而政府对学校的拨款极为有限。为了克服这个困难,邓曰谟下决心自己设计、自己制造。1932年至1933年,邓曰谟依托机械研究社,经过一系列艰苦试验,成功地设计制造出了材料试验室、水力实验室的一系列仪器设备,如油压试验机、冲击试验机、水泥拉力机、流速计、混流水泵、两级水泵、水轮机等,除了装备北洋大学的材料试验室和水力实验室外,还供给山东大学、中山大学、河南大学、重庆大学、焦作工学院、河南水利专门学校及全国其他许多高校的有关实验室使用。其中50000磅材料试验机为当时由中国人自己设计和制造的第一台万能材料试验机,可以进行有关材料机械性能的一系列静力试验
      其实英国早在1880年已生产了杠杆重锤式材料试验机,在1908年又生产了螺母、螺杆加载的万能试验机,这些试验机可进行材料的拉伸、压缩、弯曲和扭转等验,但是由于结构复杂,体积庞大,操作繁琐,只能进行静态试验,所以被淘汰。
      约在90年前,瑞士Amsler企业开发了液压万能试验机,这种试验机较机械式操作简便、输出力大、结构简单、体积紧凑,能完成材料的各种静态力学性能试验,至今这种拉力机仍在生产使用。
      19世纪初叶,产业革命以后,随着蒸汽机车和机动运载工具的发展以及机械设备的广泛应用,运动部件的破坏经常发生。破坏往往发生在零部件的截面突变处。破坏处的名义应力不高,低于材料的强度极限,有时还低于屈服极限。1847年,德国人A.Whler(沃勒)对金属疲劳进行了深入系统的研究。 1850年,沃勒设计了第一台用于机车车轴的疲劳试验机,用来进行全尺寸机车车轴的疲劳试验。以后他又研制出多种型式的疲劳试验机,并首次用金属试样进行疲劳试验。他在1871年发表的论文中,系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系,提出了S-N曲线和疲劳极限的概念,确立了应力幅是疲劳破坏的决定因素,奠定了金属疲劳的基础,有“疲劳试验之父”之称。
      1929年美国人Peterson R.E.(彼特逊)对尺寸效应进行了一系列试验,提出了应力集中系数的理论值。1929年—1930年英国人Haigh B.P.(海夫)对高强钢和软钢的不同缺口效应做了合理说明。
      1945年美国人Miner M.A.(迈因纳)在对疲劳损伤积累问题进行了大量试验研究的基础上,将PalmgrenJ.V.(帕姆格伦)1924年提出的线性累积损伤理论公式化,形成了著名的Palmgren—Miner线性累积损伤法则(简称Miner法则)。在20世纪40年代前苏联的CepeHceH C.A.(谢联先)还提出了常规疲劳的设计计算公式,奠定了常规疲劳设计的基础。
      1952年美国国家航空管理局刘易斯研究所的Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科芬),在大量试验的基础上,提出了表达塑性应变与疲劳寿命关系的Manson—Coffin方程,奠定了低周疲劳的基础。20世纪50年代使用电子显微镜,给疲劳机制的研究开拓了新纪元。
      1949年Weibull W.(威布尔)发表了对疲劳试验数据进行统计处理的著名方法。1959年Pope J.A.(波普)指出疲劳寿命服从对数正态分布。
      在上个世纪50年代初,出现了高速响应的永磁式力矩马达,50年代后期又出现了已喷嘴挡板阀为先导级的电液伺服阀,使电液伺服系统成为当时响应最快,控制精度最高的伺服系统。
      60年代各种结构的电液伺服阀的相继问世,特别是以穆格为代表的采用干式力矩马达的级间力反馈的电液伺服阀的出现和各类电反馈技术的应用,进一步提高了电液伺服阀的性能,电液伺服技术日臻成熟,电液伺服系统已成为武器和航空、航天自动控制以及一部分民用技术设备自动控制的重要组成部分。
      20世纪60年代,随着大规模集成电路的出现,研制出了能够模拟零部件服役载荷工况的随机疲劳试验机。20世纪70年代,国外已广泛使用电子计算机控制的电液伺服疲劳试验装置来进行随机疲劳试验。20世纪90年代,已经出现了上下位机结构的全数字的伺服控制器,闭环控制计算速率达到了6kHz,数据传输采用100Mb以太网卡(Ethernet),可以完成控制模式的平滑无扰切换、多通道的协调加载以及各种工况谱的实验室再现。
      万能材料试验机从开发生产之初到现在成为引领高科技的试验设备,每一步的技术改革都是工程师们不断积累经验的成果,大家作为新时代的掌舵人,更应该汲取前人的技术经验,不断自主创新以及技术改革,把我国的材料试验机工程推向全世界。

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