LabVIEW冲击式动态参数平台测试系统设计(5)
2 测试系统的硬件设计
2.1 落锤冲击式试验机的基本工作原理
金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有足够的韧性。所谓韧性，就是材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性好的材料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂，从而使安全得到保证。
韧性可分为静力韧性、冲击韧性和断裂韧性，其中评价冲击韧性(即在冲击载荷下材料塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力)的实验方法。按其服役工矿有简支梁下的冲击弯曲试验(夏比冲击试验)、悬臂梁下的冲击弯曲试验(艾氏冲击试验)以及冲击拉伸试验。夏比冲击试验是由法国工程师夏比(CharPy)建立起来的，虽然试验中测定的冲击吸收功A、值缺乏明确的物理意义，不能作为表征金属制件实际抵抗冲击载荷能力的韧性判据，但因其试样加工简便、试验时间短，试验数据对材料组织结构、冶金缺陷等敏感而成为评价金属材料冲击韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验。
夏比冲击试验的主要用途如下:
(1)评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性。
(2)检查和控制材料的冶金质量和热加工质量。
(3)评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性。
夏比冲击试验按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验，按试验的缺
口类型可分为V型和U型两种冲击试验。
用夏比V型冲击试样测定金属材料的韧脆转变温度t，，只是给出了材料的低温变脆倾向，它与实际工矿之间并无直接联系，不能说明该材料制成的构件或零件一定在t、下脆断，这是因为夏比V型缺口冲击试样的尺寸、应力集中状况和所受的载荷情况与实际构件或零件不同所致。为此，1952年美国海军研究所提出了落锤试验方法，用以测定全厚钢板的无塑性转变(NDT)温度。所谓无塑性转变(NTD)温度是含有小裂纹的钢材在动态加载屈服下发生脆断的最高温度。它的波动范围较小，一般只有0.5℃左右，因此具有一定的工程应用价值，常被作为评价材料和工艺质量的重要参数。1986年，我国也制定了GB/T6803一一1986《铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法》。
2.1.1 落锤冲击试验机原理
落锤冲击装置的工作原理如图2.1所示。沿导向系统自由下落的重锤将重力势能转化为动能，随后与油缸顶端的精密活塞相撞，油缸的径向安装着各种测压装置或者传感器。活塞压缩油缸的液体引起压力上升。当重锤的动能全部转化为液体体积变形的弹性势能时，重锤和活塞到达最大行程，油缸内压力达到最大。然后由于液体膨胀而将活塞和重锤向外推，直到重锤跳离活塞，活塞的弹性势能又转化为重锤的动能，油缸内的压力又恢复为零。重锤下落打击活塞一次，即可在油缸内产生一个半正弦的压力脉冲，压力脉冲的峰值Pm及脉宽t与落锤的质量m、落锤下落的高度h、油缸的初始容积V0以及活塞的工作面积S等参数有关。调节工作参数，可以产生不同峰值和脉宽的半正弦波，可做塑性测压器材的准动态校准及传感器准静态校准的压力源。重锤的高度可以通过拉线式位移传感器测量，撞击力和加速度分别可以通过安装在锤头上力传感器和锤身上的加速度传感器测量。
图2.1a 落锤结构原理图 图2.1b 油缸剖面图
C1：拉线位移传感器
C2：上限位开关
C3：加速度传感器
C4：力传感器
C5：下限位开关
T1、T2：压力传感器
2.1.2 落锤冲击试验机振动测量原理
机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀分布、结构刚度的各项异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机械的性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被李永和来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。
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