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海綿壓縮變形試驗機的主要構(gòu)造包括哪些部分?

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  1. 加載系統(tǒng)
    1. 液壓加載裝置
      1. 對于一些大型或需要高壓力測試的海綿壓縮變形試驗機,液壓加載系統(tǒng)是常用的方式。它主要由液壓泵、液壓缸、液壓閥等部件組成。液壓泵將液壓油輸送到液壓缸,通過液壓閥控制油液的流量和方向,從而使液壓缸的活塞產(chǎn)生壓力,作用在海綿試樣上。這種加載方式可以提供較大且穩(wěn)定的壓力,壓力范圍可以從幾 kN 到數(shù)百 kN 不等,能夠滿足不同硬度和厚度海綿的測試需求。
      2. 例如,在測試高密度工業(yè)海綿的壓縮性能時,液壓加載系統(tǒng)可以精確地施加較大的壓力,模擬海綿在實際使用過程中可能承受的重載情況。
    2. 氣壓加載裝置
      1. 氣壓加載系統(tǒng)相對液壓系統(tǒng)較為簡單,主要由空氣壓縮機、氣缸、氣閥等組成??諝鈮嚎s機產(chǎn)生壓縮空氣,通過氣閥將空氣輸送到氣缸,推動活塞對海綿試樣施加壓力。氣壓加載的優(yōu)點是壓力變化相對比較平緩,適合模擬一些較為溫和的壓縮環(huán)境。其壓力范圍一般在幾十 N 到數(shù)千 N 之間,適用于對壓力要求不是特別高的海綿測試,如一些用于包裝或輕型家居用品的海綿。
      2. 例如,在測試用于禮品包裝的海綿的壓縮變形時,氣壓加載裝置可以在較低的壓力下進行測試,同時也便于快速調(diào)整壓力大小。
    3. 試樣夾具
      1. 上下夾具板
        1. 夾具通常包括上下兩塊平板,一般采用金屬材料制成,如不銹鋼或硬質(zhì)鋁合金。平板的表面需要平整光滑,以確保海綿試樣在測試過程中能夠均勻受力。夾具板的尺寸要根據(jù)試樣的大小來設(shè)計,一般有多種規(guī)格可供選擇,例如可以固定邊長為 50mm - 200mm 的方形海綿試樣或直徑為 50mm - 150mm 的圓形海綿試樣。
        2. 為了防止海綿在測試過程中滑動,夾具板的表面可能會有一些防滑紋路或者采用特殊的涂層處理。在一些高精度的試驗機中,夾具板還會配備微調(diào)裝置,用于精確調(diào)整上下夾具之間的平行度,保證海綿在壓縮過程中各處的受力均勻一致。
      2. 夾緊機構(gòu)
        1. 夾緊機構(gòu)用于固定海綿試樣,使其在測試過程中不會發(fā)生位移。常見的夾緊方式有螺栓緊固、氣動夾緊和液壓夾緊等。螺栓緊固方式是通過旋轉(zhuǎn)夾具板周圍的螺栓,使上下夾具板緊密貼合海綿試樣,這種方式操作簡單,但夾緊力的均勻性可能稍差。氣動夾緊是利用壓縮空氣推動夾具板上的夾緊裝置,能夠快速、均勻地夾緊海綿,而且夾緊力可以通過調(diào)節(jié)氣壓進行控制。液壓夾緊則類似于液壓加載系統(tǒng),通過液壓油的壓力來夾緊試樣,夾緊力較大且穩(wěn)定。
      3. 位移傳感器
        1. 線性位移傳感器(LVDT)
          1. LVDT 是一種常用的位移測量傳感器,它主要由一個初級線圈、兩個次級線圈和一個可移動的鐵芯組成。當(dāng)鐵芯隨著海綿試樣的壓縮而移動時,會改變初次級線圈之間的互感,從而產(chǎn)生與位移成比例的電信號。這種傳感器的優(yōu)點是精度高、線性度好、可靠性強,能夠精確測量海綿在壓縮過程中的微小位移變化。其測量精度可以達到 ±0.01mm 甚至更高,能夠滿足對海綿壓縮變形高精度測量的要求。
          2. 例如,在測試薄型海綿或?qū)嚎s變形精度要求極高的醫(yī)用海綿時,LVDT 可以準(zhǔn)確地捕捉海綿厚度的微小變化,為分析海綿的彈性恢復(fù)性能等提供精確的數(shù)據(jù)。
        2. 光柵位移傳感器
          1. 光柵位移傳感器是利用光柵條紋的莫爾條紋現(xiàn)象來測量位移。它由光源、光柵尺光電探測器組成。當(dāng)海綿被壓縮導(dǎo)致光柵尺移動時,光電探測器會檢測到莫爾條紋的變化,并將其轉(zhuǎn)換為電信號來確定位移量。光柵位移傳感器的分辨率高,抗干擾能力強,能夠在復(fù)雜的環(huán)境下準(zhǔn)確測量位移。其分辨率可以達到微米級,適用于對海綿壓縮變形測量精度要求極高的場合。
        3. 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
          1. 控制器
            1. 控制器是整個試驗機的核心控制部件,它通常包括一個微處理器可編程邏輯控制器(PLC)。通過控制器,用戶可以設(shè)置試驗的各種參數(shù),如加載速度、最大加載力、保持時間等??刂破髂軌蚋鶕?jù)設(shè)定的參數(shù)控制加載系統(tǒng)的動作,例如按照一定的速率增加或減小壓力,并且可以實時監(jiān)測加載力和位移等數(shù)據(jù)。它還可以實現(xiàn)自動化測試流程,如自動完成多次循環(huán)加載 - 卸載試驗,減少人工操作誤差。
          2. 數(shù)據(jù)采集單元
            1. 數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)采集位移傳感器和力傳感器(如果有)傳來的模擬信號,并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,以便計算機進行處理。數(shù)據(jù)采集單元的采樣頻率可以根據(jù)試驗要求進行設(shè)置,一般在每秒幾十次到數(shù)千次不等。較高的采樣頻率可以更準(zhǔn)確地捕捉海綿在壓縮過程中的動態(tài)變化,例如在測試海綿的動態(tài)彈性模量時,需要較高的采樣頻率來記錄海綿在快速壓縮和恢復(fù)過程中的力 - 位移數(shù)據(jù)。
          3. 計算機軟件
            1. 配套的計算機軟件用于進一步的數(shù)據(jù)處理和分析。它可以將采集到的數(shù)據(jù)以直觀的圖表形式顯示,如繪制力 - 位移曲線、壓縮變形率 - 時間曲線等。軟件還可以根據(jù)用戶設(shè)定的計算公式自動計算出海綿的各種性能參數(shù),如壓縮強度、彈性模量、壓縮永久變形率等。此外,軟件還具備數(shù)據(jù)存儲、打印報告等功能,方便用戶對試驗結(jié)果進行記錄和管理。

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