液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)發(fā)展歷史

我國的第一臺萬能材料試驗(yàn)機(jī)是由鄧曰謨教授研制的。從戰(zhàn)爭中誕生的中國近代機(jī)械工業(yè)，從一開始就具有半殖民地半封建的特點(diǎn)，中國民族資本創(chuàng)辦的企業(yè)一直處于帝國主義、封建主義和官僚買辦的重壓之下，境況十分艱難。直到20世紀(jì)上半葉，中國的機(jī)械工業(yè)仍然極為落后，主要的機(jī)器設(shè)備都是依賴進(jìn)口，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造也大都由洋人把持。鄧曰謨就是在這種歷史條件下開始自己在機(jī)械工程領(lǐng)域的探索和奮斗的。

1930年，鄧曰謨被聘為北洋大學(xué)教授。南京國民政府教育部規(guī)定，凡是工科院校必須建立實(shí)驗(yàn)室。但當(dāng)時的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備幾乎全靠進(jìn)口，且價(jià)格昂貴，如一臺50000磅材料試驗(yàn)機(jī)需花費(fèi)15000多美元，而政府對學(xué)校的撥款極為有限。為了克服這個困難，鄧曰謨下決心自己設(shè)計(jì)、自己制造。1932年至1933年，鄧曰謨依托機(jī)械研究社，經(jīng)過一系列艱苦試驗(yàn)，成功地設(shè)計(jì)制造出了材料試驗(yàn)室、水力實(shí)驗(yàn)室的一系列儀器設(shè)備，如油壓試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、水泥拉力機(jī)、流速計(jì)、混流水泵、兩級水泵、水輪機(jī)等，除了裝備北洋大學(xué)的材料試驗(yàn)室和水力實(shí)驗(yàn)室外，還供給山東大學(xué)、中山大學(xué)、河南大學(xué)、重慶大學(xué)、焦作工學(xué)院、河南水利專門學(xué)校及全國其他許多高校的有關(guān)實(shí)驗(yàn)室使用。其中50000磅材料試驗(yàn)機(jī)為當(dāng)時由中國人自己設(shè)計(jì)和制造的第一臺萬能材料試驗(yàn)機(jī)，可以進(jìn)行有關(guān)材料機(jī)械性能的一系列靜力試驗(yàn)

其實(shí)英國早在1880年已生產(chǎn)了杠桿重錘式材料試驗(yàn)機(jī)，在1908年又生產(chǎn)了螺母、螺桿加載的萬能試驗(yàn)機(jī)，這些試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行材料的拉伸、壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)等驗(yàn)，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，操作繁瑣，只能進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，所以被淘汰。

約在90年前，瑞士Amsler公司開發(fā)了液壓萬能試驗(yàn)機(jī)，這種試驗(yàn)機(jī)較機(jī)械式操作簡便、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡單、體積緊湊，能完成材料的各種靜態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，至今這種拉力機(jī)仍在生產(chǎn)使用。

19世紀(jì)初葉，產(chǎn)業(yè)革命以后，隨著蒸汽機(jī)車和機(jī)動運(yùn)載工具的發(fā)展以及機(jī)械設(shè)備的廣泛應(yīng)用，運(yùn)動部件的破壞經(jīng)常發(fā)生。破壞往往發(fā)生在零部件的截面突變處。破壞處的名義應(yīng)力不高，低于材料的強(qiáng)度極限，有時還低于屈服極限。1847年，德國人A.Whler(沃勒)對金屬疲勞進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。 1850年，沃勒設(shè)計(jì)了第一臺用于機(jī)車車軸的疲勞試驗(yàn)機(jī)，用來進(jìn)行全尺寸機(jī)車車軸的疲勞試驗(yàn)。以后他又研制出多種型式的疲勞試驗(yàn)機(jī)，并首次用金屬試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。他在1871年發(fā)表的論文中，系統(tǒng)論述了疲勞壽命和循環(huán)應(yīng)力的關(guān)系，提出了S-N曲線和疲勞極限的概念，確立了應(yīng)力幅是疲勞破壞的決定因素，奠定了金屬疲勞的基礎(chǔ)，有“疲勞試驗(yàn)之父”之稱。

1929年美國人Peterson R.E.(彼特遜)對尺寸效應(yīng)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，提出了應(yīng)力集中系數(shù)的理論值。1929年—1930年英國人Haigh B.P.(海夫)對高強(qiáng)鋼和軟鋼的不同缺口效應(yīng)做了合理解釋。

1945年美國人Miner M.A.(邁因納)在對疲勞損傷積累問題進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，將PalmgrenJ.V.(帕姆格倫)1924年提出的線性累積損傷理論公式化，形成了著名的Palmgren—Miner線性累積損傷法則(簡稱Miner法則)。在20世紀(jì)40年代前蘇聯(lián)的CepeHceH C.A.(謝聯(lián)先)還提出了常規(guī)疲勞的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，奠定了常規(guī)疲勞設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

1952年美國國家航空管理局劉易斯研究所的Manson S.S.(曼森)和Coffin L.F.(科芬)，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了表達(dá)塑性應(yīng)變與疲勞壽命關(guān)系的Manson—Coffin方程，奠定了低周疲勞的基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代使用電子顯微鏡，給疲勞機(jī)制的研究開拓了新紀(jì)元。

1949年Weibull W.(威布爾)發(fā)表了對疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理的著名方法。1959年P(guān)ope J.A.(波普)指出疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布。

在上個世紀(jì)50年代初，出現(xiàn)了高速響應(yīng)的永磁式力矩馬達(dá)，50年代后期又出現(xiàn)了已噴嘴擋板閥為先導(dǎo)級的電液伺服閥，使電液伺服系統(tǒng)成為當(dāng)時響應(yīng)最快，控制精度最高的伺服系統(tǒng)。

60年代各種結(jié)構(gòu)的電液伺服閥的相繼問世，特別是以穆格為代表的采用干式力矩馬達(dá)的級間力反饋的電液伺服閥的出現(xiàn)和各類電反饋技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了電液伺服閥的性能，電液伺服技術(shù)日臻成熟，電液伺服系統(tǒng)已成為武器和航空、航天自動控制以及一部分民用技術(shù)設(shè)備自動控制的重要組成部分。

20世紀(jì)60年代，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，研制出了能夠模擬零部件服役載荷工況的隨機(jī)疲勞試驗(yàn)機(jī)。20世紀(jì)70年代，國外已廣泛使用電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗(yàn)裝置來進(jìn)行隨機(jī)疲勞試驗(yàn)。20世紀(jì)90年代，已經(jīng)出現(xiàn)了上下位機(jī)結(jié)構(gòu)的全數(shù)字的伺服控制器，閉環(huán)控制計(jì)算速率達(dá)到了6kHz，數(shù)據(jù)傳輸采用100Mb以太網(wǎng)卡(Ethernet)，可以完成控制模式的平滑無擾切換、多通道的協(xié)調(diào)加載以及各種工況譜的實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)。

萬能材料試驗(yàn)機(jī)從開發(fā)生產(chǎn)之初到現(xiàn)在成為引領(lǐng)高科技的試驗(yàn)設(shè)備，每一步的技術(shù)改革都是工程師們不斷積累經(jīng)驗(yàn)的成果，我們作為新時代的掌舵人，更應(yīng)該吸取前人的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，不斷自主創(chuàng)新以及技術(shù)改革，把我國的材料試驗(yàn)機(jī)工程推向全世界。