基于Labview的材料力学综合试验台测试系统研究*

张春青

(承德石油高等专科学校，承德 607000)

0　引言

材料力学是工科院校机械类和近机械类专业的专业基础课，材料力学试验是该课程的重要组成部分。在实际中需要先对材料进行力学性能指标测定，只有符合力学技术指标的材料才能使用于工程上，这就要求学生必须掌握一定的力学试验检测方法和技能。其所需的实验设备应该满足实验内容和新的测试方法的要求。但目前我校的实验设备过于老化，因此在原来实验室基础上设计了基于Labview的材料力学综合试验台测试系统。

1　试验台测试系统结构框图

试验系统由实验台、应力应变采集系统、计算机与打印设备四部分组成。其结构框图如图1所示。

图1　试验系统结构框图

其中，采用台湾研华的PCI1713高速采集卡和美国国家仪器公司(简称NI公司)的软件Labview编写的应力应变采集系统，具有采集应变和应力信号，并计算结果和绘制曲线的功能。

2　功能介绍

2.1　试验台

本试验台主要由底座、立柱、加载机构和测试部分组成。底板采用铸铁材料，以保证实验台的稳定性；单根矩形截面立柱支承加载手轮，结构简单，且满足强度和刚度要求；加载部分采用螺旋手轮进行加载，利用双向推力球轴承传递外力，摩擦阻力小，加载头不旋转，可移动行程长，载荷稳定可靠，测试部分主要是拉压力传感器，应变片和基于Labview的数据采集系统。该试验台通过变换支承形式、试件以及软件选项可以进行如下实验项目。

1)材料拉伸测弹性模量E和泊松比ν，见图2。在实验台上安装拉伸试样，试样上粘贴“T”字形应变片。

图2　测E，ν

2)测剪切弹性模量G，见图3。在实验台上安装固定支撑、测试轴及轴端活动可调支座，使可调支座与实验台底座接触，贴45°电阻片，利用全桥或半桥电测法，测试计算剪切弹性模量G。

图3　测弹性模量G

3)梁的纯弯曲正应力测定，见图4。将弯曲试样放在支座上，中间安放加力粱，使测试试样的中间部位产生纯弯曲。测试梁纯弯曲处粘贴5个测试点应变片和端部贴上温度补偿片，以验证纯弯曲正应力分布规律。

图4　弯曲正应力测定

4)弯扭组合测主应力，如图5所示。将可调支座去掉，采取悬臂梁形式，加载后圆轴受弯扭组合变形。在圆轴上粘贴45°应变片，由测试软件读出0°、45°、-45°的应变，从而计算主应力的大小和方向。

图5　弯扭组合测定

2.2　测试软件

图6　应用软件设置流程图

试验系统中载荷和应变的信号经多通道测试系统采集放大，经研华PCI1713板卡采集,并由计算机处理显示。本系统最多可接32路应变通道,每路通道均可以连接为1/4桥、半桥和全桥,适用于各种桥路测试。通过Labview软件,设计人性化的操作界面,全数字化智能设计。各通道自动切换,桥路自动平衡。设有扫描采样、定点采样、定载荷采样。实时数据、曲线显示,测试数据既可以显示为数据列表,也可以显示为图形，并有数据存储、查询、打印等功能。应用软件设置流程如图6所示。测试界面如图7所示。

图7　测试界面

3　结论

与原来的力学试验台相比，基于Labview的力学试验台特点在于：

1)加载采用螺旋手轮无级加载，利用双向推力球轴承传递外力，摩擦阻力小，灵活方便，加载头不旋转，可移动行程长，使载荷稳定可靠。

2)功能强大，具有应力应变数据的采集、分析、显示、存储、历史数据查询、打印等功能。

3)由于软件在测试过程中充当了以往由硬件实现的角色。减少了原来测力仪和应变测试仪的时间漂移和零点漂移问题，使系统的测量精度、测量速度和可重复性都大大提高。

4)测试功能易于扩展，软、硬件维护和开发的费用降低。

[1]PCI-1713 32-channel isolated Analog Input Card User’ Manual.

[2]Gary W Johnson，Richard Jennings.LabVIEW图形编程.北京：北京大学出版社，2002

[3]蔡广新,刘春海,范黎光.材料力学综合实验台.技术教育学报，1997(3):45-47

[4]谢占魁，等.电子式材料力学组合试验台的研制与应用.实验技术与管理，2004(2):91-94

[5]郭占山,赵质良.在LabVIEW中生成测试报表方法探讨.计量技术，2008(11):43-46