- 淺談萬能材料試驗機的發展歷程
我(wo)國的(de)(de)(de)(de)(de)第一(yi)臺萬能材(cai)料(liao)試驗機(ji)是(shi)由鄧曰謨教授研制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)。從戰爭(zheng)中誕(dan)生的(de)(de)(de)(de)(de)中國近代機(ji)械(xie)(xie)工(gong)業，從一(yi)開始就(jiu)具有(you)半(ban)殖民地半(ban)封建的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)，中國民族資本創(chuang)辦的(de)(de)(de)(de)(de)企業一(yi)直處于(yu)帝國主(zhu)義(yi)、封建主(zhu)義(yi)和官僚買辦的(de)(de)(de)(de)(de)重壓之下(xia)，境況十分(fen)艱難。直到20世紀上(shang)半(ban)葉，中國的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)械(xie)(xie)工(gong)業仍(reng)然(ran)極為落后，主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)器設備(bei)都(dou)(dou)是(shi)依賴進口(kou)，機(ji)械(xie)(xie)產品的(de)(de)(de)(de)(de)設計和制(zhi)(zhi)造也大都(dou)(dou)由洋人把(ba)持(chi)。鄧曰謨就(jiu)是(shi)在這種歷史條件下(xia)開始自己(ji)在機(ji)械(xie)(xie)工(gong)程(cheng)領域的(de)(de)(de)(de)(de)探(tan)索和奮斗的(de)(de)(de)(de)(de)。
1930年，鄧曰謨被聘(pin)為(wei)北洋大學(xue)教授(shou)。南(nan)京國民政府教育部規(gui)定，凡是工科院校必須建立(li)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)。但當(dang)時的(de)教學(xue)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)儀(yi)器設(she)(she)備幾乎全(quan)靠進(jin)口，且價格(ge)昂貴，如(ru)一(yi)(yi)臺50000磅(bang)材料(liao)(liao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)需花費15000多(duo)(duo)美元(yuan)，而政府對學(xue)校的(de)撥款極(ji)為(wei)有(you)限(xian)。為(wei)了克(ke)服這(zhe)個困難，鄧曰謨下(xia)決心自己設(she)(she)計、自己制造。1932年至1933年，鄧曰謨依托機(ji)(ji)械研究(jiu)社，經過一(yi)(yi)系(xi)列(lie)艱苦試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)，成功地(di)設(she)(she)計制造出了材料(liao)(liao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)、水(shui)力實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)的(de)一(yi)(yi)系(xi)列(lie)儀(yi)器設(she)(she)備，如(ru)油(you)壓試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)、沖擊試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)、水(shui)泥拉力機(ji)(ji)、流速計、混流水(shui)泵、兩級水(shui)泵、水(shui)輪機(ji)(ji)等，除了裝備北洋大學(xue)的(de)材料(liao)(liao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)和水(shui)力實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)外，還供給山(shan)東大學(xue)、中山(shan)大學(xue)、河南(nan)大學(xue)、重慶(qing)大學(xue)、焦(jiao)作工學(xue)院、河南(nan)水(shui)利專門學(xue)校及全(quan)國其他許多(duo)(duo)高校的(de)有(you)關(guan)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)室(shi)使用。其中50000磅(bang)材料(liao)(liao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)為(wei)當(dang)時由中國人自己設(she)(she)計和制造的(de)第(di)一(yi)(yi)臺萬能材料(liao)(liao)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)機(ji)(ji)，可(ke)以進(jin)行(xing)有(you)關(guan)材料(liao)(liao)機(ji)(ji)械性能的(de)一(yi)(yi)系(xi)列(lie)靜力試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)
其(qi)實(shi)英國早在1880年已生產了杠桿(gan)(gan)重錘式材料(liao)試(shi)(shi)驗機，在1908年又生產了螺(luo)母、螺(luo)桿(gan)(gan)加(jia)載的(de)萬能(neng)試(shi)(shi)驗機，這(zhe)些(xie)試(shi)(shi)驗機可進行材料(liao)的(de)拉伸(shen)、壓(ya)縮、彎(wan)曲和扭轉(zhuan)等驗，但是由(you)于結(jie)構復雜，體(ti)積龐大，操作繁瑣，只能(neng)進行靜(jing)態(tai)試(shi)(shi)驗，所以被淘汰。
約在90年(nian)前，瑞士Amsler公司開發了液壓萬能試驗機(ji)，這(zhe)種試驗機(ji)較機(ji)械式操作簡便、輸(shu)出力(li)大、結構簡單、體積(ji)緊湊(cou)，能完(wan)成材料(liao)的(de)各種靜態力(li)學性能試驗，至(zhi)今這(zhe)種拉力(li)機(ji)仍在生產使用。
19世紀初葉，產業革(ge)命以(yi)后(hou)，隨著(zhu)蒸(zheng)汽機(ji)車和(he)機(ji)動(dong)(dong)運(yun)載工具的(de)(de)發展(zhan)以(yi)及機(ji)械設備的(de)(de)廣泛應用，運(yun)動(dong)(dong)部件的(de)(de)破(po)(po)壞經(jing)常發生(sheng)。破(po)(po)壞往往發生(sheng)在零部件的(de)(de)截面突變處(chu)。破(po)(po)壞處(chu)的(de)(de)名義應力不(bu)高(gao)，低于材料的(de)(de)強度極限，有時(shi)還低于屈服極限。1847年(nian)，德國人A.Whler(沃勒(le))對金(jin)(jin)屬疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)進(jin)行了(le)(le)深入系統(tong)的(de)(de)研究(jiu)。 1850年(nian)，沃勒(le)設計了(le)(le)第一(yi)臺用于機(ji)車車軸(zhou)的(de)(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)試驗機(ji)，用來(lai)進(jin)行全尺寸(cun)機(ji)車車軸(zhou)的(de)(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)試驗。以(yi)后(hou)他又研制出(chu)(chu)多種型式(shi)的(de)(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)試驗機(ji)，并首次(ci)用金(jin)(jin)屬試樣進(jin)行疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)試驗。他在1871年(nian)發表(biao)的(de)(de)論文中，系統(tong)論述了(le)(le)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)壽命和(he)循環應力的(de)(de)關系，提出(chu)(chu)了(le)(le)S-N曲線和(he)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)極限的(de)(de)概念，確立了(le)(le)應力幅是(shi)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)破(po)(po)壞的(de)(de)決定因素，奠定了(le)(le)金(jin)(jin)屬疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)的(de)(de)基(ji)礎，有“疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)試驗之父”之稱。
1929年美國人(ren)Peterson R.E.(彼特遜)對尺寸效應(ying)進行(xing)了(le)一系(xi)列(lie)試驗，提(ti)出(chu)了(le)應(ying)力(li)集中系(xi)數的(de)理論(lun)值。1929年—1930年英國人(ren)Haigh B.P.(海夫)對高強鋼和軟鋼的(de)不同缺口(kou)效應(ying)做了(le)合理解(jie)釋。
1945年美(mei)國人Miner M.A.(邁因納)在對疲(pi)勞(lao)損(sun)傷積累(lei)問題進(jin)行(xing)了(le)大量試(shi)驗研究的(de)(de)(de)基礎上，將PalmgrenJ.V.(帕姆格倫(lun))1924年提出(chu)的(de)(de)(de)線性(xing)累(lei)積損(sun)傷理論公(gong)式化，形成了(le)著名的(de)(de)(de)Palmgren—Miner線性(xing)累(lei)積損(sun)傷法則(簡稱Miner法則)。在20世(shi)紀40年代前蘇(su)聯的(de)(de)(de)CepeHceH C.A.(謝聯先)還提出(chu)了(le)常規疲(pi)勞(lao)的(de)(de)(de)設(she)計計算公(gong)式，奠定(ding)了(le)常規疲(pi)勞(lao)設(she)計的(de)(de)(de)基礎。
1952年美(mei)國國家航空管理(li)局劉易斯研究(jiu)所的(de)Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科(ke)芬)，在大量試驗(yan)的(de)基(ji)礎上(shang)，提(ti)出了表達塑性應變與疲(pi)勞(lao)壽命關系(xi)的(de)Manson—Coffin方程(cheng)，奠定(ding)了低周(zhou)疲(pi)勞(lao)的(de)基(ji)礎。20世(shi)紀50年代(dai)使用電子(zi)顯微鏡，給疲(pi)勞(lao)機(ji)制(zhi)的(de)研究(jiu)開拓了新紀元。
1949年Weibull W.(威(wei)布爾)發表了對疲勞試驗數據進行統計處理的著名(ming)方(fang)法(fa)。1959年Pope J.A.(波普(pu))指出疲勞壽命服從對數正態分布。
在上個世紀50年代初，出(chu)現(xian)了高(gao)速響(xiang)應的(de)永磁式力矩馬達，50年代后期(qi)又(you)出(chu)現(xian)了已(yi)噴嘴擋(dang)板(ban)閥(fa)為先(xian)導級的(de)電(dian)液伺服(fu)閥(fa)，使電(dian)液伺服(fu)系統成為當時響(xiang)應最快，控制精度最高(gao)的(de)伺服(fu)系統。
60年代(dai)各種結構的(de)(de)(de)電(dian)(dian)液(ye)伺服(fu)(fu)閥(fa)的(de)(de)(de)相繼(ji)問世(shi)，特別是(shi)以(yi)穆格為代(dai)表的(de)(de)(de)采用干式(shi)力矩(ju)馬(ma)達的(de)(de)(de)級(ji)間力反饋(kui)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)液(ye)伺服(fu)(fu)閥(fa)的(de)(de)(de)出現(xian)和各類電(dian)(dian)反饋(kui)技(ji)術的(de)(de)(de)應用，進一(yi)(yi)步提高了電(dian)(dian)液(ye)伺服(fu)(fu)閥(fa)的(de)(de)(de)性能，電(dian)(dian)液(ye)伺服(fu)(fu)技(ji)術日臻成(cheng)(cheng)熟，電(dian)(dian)液(ye)伺服(fu)(fu)系統已成(cheng)(cheng)為武器和航(hang)空、航(hang)天自(zi)動(dong)控制(zhi)以(yi)及(ji)一(yi)(yi)部分民用技(ji)術設備自(zi)動(dong)控制(zhi)的(de)(de)(de)重要組成(cheng)(cheng)部分。
20世紀60年(nian)代(dai)，隨(sui)著大(da)規模集成電路的出(chu)現(xian)，研制(zhi)(zhi)(zhi)出(chu)了(le)能(neng)夠模擬零部件服役載(zai)荷工況的隨(sui)機疲勞試驗(yan)(yan)(yan)機。20世紀70年(nian)代(dai)，國外已廣泛使用電子計算機控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)的電液伺服疲勞試驗(yan)(yan)(yan)裝置來進行(xing)隨(sui)機疲勞試驗(yan)(yan)(yan)。20世紀90年(nian)代(dai)，已經出(chu)現(xian)了(le)上下位機結構的全數(shu)字的伺服控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器，閉環控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)計算速(su)率達到(dao)了(le)6kHz，數(shu)據傳輸采用100Mb以太網卡(Ethernet)，可以完成控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)模式的平滑無擾切換、多通道的協調加載(zai)以及各(ge)種(zhong)工況譜的實(shi)驗(yan)(yan)(yan)室再現(xian)。
萬(wan)能材料試驗機從(cong)開發生產之初到現在成(cheng)為(wei)引領(ling)高科技(ji)的(de)(de)試驗設備(bei)，每(mei)一步(bu)的(de)(de)技(ji)術改革都(dou)是(shi)工(gong)程師們不(bu)斷積累經驗的(de)(de)成(cheng)果，我(wo)們作為(wei)新時代的(de)(de)掌(zhang)舵人，更應該吸取前人的(de)(de)技(ji)術經驗，不(bu)斷自主創新以及技(ji)術改革，把我(wo)國的(de)(de)材料試驗機工(gong)程推向(xiang)全世界(jie)。
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