ANSYS双向拉伸试验系统设计及试验研究(2)

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双向拉伸试验机在国际上有着广泛的应用。在浮空器结构领域内，以往一般采用的是圆柱形充气管或是胶囊型的气囊，而在2007年基于胶囊的撕裂测试中首次使用了双向拉伸实验仪器来研究飞艇蒙皮的撕裂。在建筑膜结构领域中，日本的科学家利用双向拉伸试验机去研究织物薄膜的力学性能。随之而兴起了一套规范的测试方法，利用十字形构件并且制定了加载谱，成为了日本膜结构的测试方法。在德国，斯图加特的教授采用电机研发了多种功能的双向拉伸试验仪器并且研究了该实验仪器的测试方法。现在，在国内也同样有许多学者对双向拉伸试验机进行了各种类型的研究。在国内，陈务军教授研究充气膜与特定装置的双轴拉伸试验；刘文斌研究了充气管双轴试验；陈鲁、张其林自主研发了国内第一台专用膜双轴拉伸试验机，有效试件可以具有160×160mm的尺寸；孙伟搭建了一个双向加载载荷的装置；罗仁安等从国外引进了一台可以组合的双向拉伸试验机，即由两台单轴拉伸仪器垂直搁置组装在一起成为双向拉伸装置，采用位移引伸计来测量试样的应变；万敏等研制了用于航空板材材料的双向拉伸试验机，采用的是液压缸的加载方式；杨国标介绍了一个用于研究汽车薄板力学材料性能的双轴拉伸试验机，有效试件的尺寸为50×50mm，并在这个基础之上研制了数字图像应变测试系统。

本文旨在设计双向拉伸试验机并完成对试验机的搭建和选择系统工作，对双向拉伸试验机的强度的校核进行讨论，对双向拉伸试验机进行有限元软件的模拟，完成双向拉伸试验及框架有限元仿真计算及设计，设计加工双向拉伸试验机并完成含能材料的双向拉伸试验和双向拉伸试验的有限元ANSYS计算。最后进行具体实验，检测双向拉伸试验机能否按要求工作，观测拉伸力和位移值。

1.2 本文主要研究工作

材料在单向拉伸时，传统试验机一端移动一端固定，在试样中位移场不符合拉伸对称的弊端。为克服单向拉伸的缺点，设计双向拉伸试验系统，该系统进行拉伸时两个夹持位置同步反向移动，克服了式样位移不对称的弊端，实现了材料的对称性实验要求。双向拉伸试验机在现今社会的各方面被广泛应用，因而对该试验机本身进行研究是有价值的。

本文对双向拉伸试验机进行了试验和数值仿真研究，主要研究内容如下：文献综述

（1）本文对双向拉伸试验机进行了静态与动态计算，设计了双向拉伸试验机框架。

（2）采用MPC08控制卡及Labview设计语言编写了双向拉伸试验机的控制程序，采用东华DH5923测试系统作为双向拉伸试验机的数据采集系统；

（3）运用建立的双向拉伸试验机进行了含能材料的双向拉伸试验，试验结果表明所建立的双向拉伸试验机满足要求。

2 双向拉伸试验机静态与动态计算

双向拉伸试验机设计要求，最大拉力4kN，最大拉伸速度0.2m/s。运动速度无极可调，同时测试双向拉伸过程中的力和位移。

2.1 双向拉伸试验机的工作方法

通过对一般双向拉伸试验机的调查研究得到，一般的双向拉伸试验机基于金属平台板上，水平方向有三根金属杆，两侧的为支撑杆，中间的为丝杠，与连接拉伸物的金属块螺纹连接。金属块上各有一个夹具，匹配有与电脑连接的传感器。实验时的拉伸物体由金属块的夹具固定在中央，由电机带动丝杠从而达到双向拉伸的试验效果。丝杠带动拉伸金属块，有拉力和扭转力，中间的丝杠主要承担拉力，两侧的支撑杆受到扭转力的作用。电机带动丝杠转动可控，可以根据需求加载静载荷或是动载荷。根据双向拉伸试验机的工作原理和受力情况，对双向拉伸试验机的强度校核集中在三根杆上。即左右两侧受扭转力的支撑杆和受拉力的丝杠。图1为双向拉伸试验机实物，图2为伺服电机实物。