扬州市天发试验机械有限公司

力试验机自身位移度的评定
点击次数:1813 发布时间:2015-12-29

引言

混凝土材料力学性能试验中,一般关心的是材料的强度一本构全程试验曲线和材料的弹性模量和泊松比等,即荷载作用下试件的真实位移反映。而普通的力学性能试验机在没有配备试件位移传感器的条件下,通过位移控制得到的荷载一位移关系曲线中的位移并不能直接反映试件的真实位移,其中含有试验机自身的位移,这个位移是由试验机的刚度决定的。这样就给混凝土的力学性能实验带来了一定的局限性。如增加位移传感器则相应的增加了通道数,现有的试验机采集软件也必须配套修改,相应的试验机成本也增加;也有提出利用试验机上下压板相祸合的方法,借助位移计来测定试验机的位移,但装配好的试验机由于行程开关的保护,上下压板祸合比较麻烦,而且位移计的安装位置也不好确定;直接在试件上贴电阻应变片是测定材料的应力一应变简单可行的办法,但每次试验过程中都必须对试件贴应变片,而且还必须借助应变采集软件和设备才能完成。是否有一种简单而可行的办法测定出试验机在荷载作用下的自身位移,这样在材料试验过程中利用位移控制得出的荷载一位移关系曲线的基础上再滤掉试验机的自身位移,就能得出试件的应力一应变关系曲线,使试验过程简单,又能评定试验机的刚度。

试验过程

2.1试验方法

选取配制强度为C20的70mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm自密实混凝土立方体试件各l组一3组进行强度一本构全程试验,以位移控制加载,其中70mm、100mm立方体试件在WAW-1000C的试验机上进行试验,150mm立方体试件在WHY-3000的试验机上进行试验,200mm、300mm、400mm立方体试件在YAW-J5000F的试验机上进行试验。同时选取与混凝土立方体试件相同截面的Q235钢试件,借助标准Q235钢试件的应力一应变曲线为已知的条件来确定试验机位移。即选取70mm、100mm。的立方体钢试件,用于确定WAW-1000C试验机上的位移;由于厚度为150mm、200mm、300mm、400mm的钢锭市面上难以找到,所以本次试验选取150×150×100mm的钢试件用于确定WHY-3000的试机上的位移;选取200×200×100mm的钢试件用于确定YAW-J5000F试验机的位移。所用的试件和试验机如图1一图3所示。

图1 混凝土试件

图2 钢试件

 

图3 部分试验机

2.2 试验步骤和结果

(1)将三种尺寸的Q235钢试件在相应的试验机上进行试验,利用位移控制加载,得到相应的钢试件的荷载一位移曲线,该位移是包含有试验机自身位位移在内的试件位移。如图4所示。

(2)借助普通Q235钢单轴抗压应力一应变曲线的上升段[4]作为标准曲线,固定同一级荷载作用下,将所得钢试件的荷载位移曲线与标准曲线进行对比分析,从而利用总位移减去标准曲线上的位移即为相应试验机的位移。

(3)将不同尺寸的自密实混凝土试件在相应试验机上进行单轴抗压强度试验,以位移控制加载,在所得的荷载一位移曲线的基础上,减去相应试验机自身的位移,即得混凝土试件的真实的荷载一位移全曲线,如图5所示。

(4)为了验证所得结果,本次试验还另取一组150mm的自密实混凝土立方体试件,其上贴有横向和纵向电阻应变片,在WHY-3000的试验机上进行试验,应变通过DH3816静态应变采集系统采集,将试验所得荷载一位移曲线与同尺寸试件直接抗压试验扣除试压机位移后的荷载一位移曲线对比,分析表明两者较吻合。

图4 钢试件荷载-位移曲线

图5 自密实混凝土试件载荷-位移曲线

结论

(1)借助Q235钢抗压应力一应变曲线作为标准曲线,可以简单的推定压力试验机自身的位移量,从而使在无位移传感器的基础上,在普通压力试验机上获得材料的单轴强度一本构全程试验曲线和弹性模量等参数成为可能。

(2)本次试验得到WAW-1000C的位移量为1.2-1.4mm,HWY-3000的位移量为1.0-1.2mm,YAW-J5000F的位移量为0.8-1.0mm。

理论上力F与传感器的信号有一定的线性函数关系:

F= F(v)= kv

以1000kN一级屏显试验机为例,传感器的有效值为100kN-1000kN,线性为0.1 %;等价于四档的屏显试验机测量范围为20kN-1000kN,示值精度为±1 %。对于试验机测量的小点20kN这点,按传感器的线性允许产生1000kN×0.1%=1kN的误差,按试验机的示值精度允许产生20kN×±1% =±0.2kN。这样传感器示值的大误差为1kN÷20kN=5%,就超出了±1%的要求,这时就需要对这点进行非线性修正,提高试验机准确度,减少误差。因此在不分档、宽量程的试验机软件中,使用分段标定提高示值准确度是必要的。

当传感器的线性不能够满足试验机测量试验力的要求时,如图(1),线性函数的偏差超出允许的范围时,就要通过软件对试验机的力值进行分段标定。分段标定的算法很多,主要使用的是插值法,在整个信号区间内找到一个或者是几个线性偏差大的点,然后得出曲线Kl和K2,其斜率分别为Kl和K2,如图2所示:

试验力F的函数为:

经过分段标定以后,所有的测量点的力值都在允许的范围以内了。

当插入的点更多,达到无穷多个时就有

试验机所有的点的示值都与实际标准值相同了。在实际应用过程中,力F对标准值的误差在±1%以内就达到国家标准的要求,所以只需将F= F(v)=kv中偏离标准值大的几个点分段标定就能够满足试验机的使用要求了。

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