A SHPB实验台液压加载系统设计.doc

工业大学继续教育学院(专科)
毕业设计
题目SHPB实验台液压加载系统设计
班级_
学号
专业机械制造与自动化
姓名__________ ___________
指导教师__________ ____________
2010年10月26日
摘要
霍普金森压杆(SHPB)实验技术作为材料动态力学性能测试的有效手段,广泛地应用于材料的动态力学性能研究。
本文系统地综述了SHPB实验技术的研究进展,指出当前存在的主要问题,并在此基础上提出解决问题的基本思路与方法。通常的SHPB装置实验过程中,试件承受输入杆轴向的冲击载荷,而在其它两个方向不承受负载,这与某些特殊情况下试件的工作状态并不是完全适用的。本文在分析了液压闭环控制系统的工作原理和控制特点后,设计了伺服比例阀实时控制系统的具体方案。该系统硬件由压力传感器调制解调模块、信号调理输入模块、AD采样模块、DA输出模块、功率输出模块、串行通讯模块等组成,各个模块之间相互独立,彼此之间由软件协调动作。
本文建立了电液压力伺服系统和电液位移伺服系统数学模型。基于这些数学模型,分析了电液压力伺服系统系统的系统性能极其稳定性。以Matlab/Simulink为工具,通过仿真研究,详细分析了电液压力伺服系统的稳定特性,及单位阶跃响应特性。
关键词:霍普金森杆;液压加载系统;伺服比例阀;闭环控制
目录
……………………………………………………………………………………...1
二、SHPB装置液压加载系统………………………………………………………...1
(一)计算机控制系统………………………………………………..2
(二)电液比例控制系统……………………………………………..3
(三)软件设计………………………………………………………….5
(四)液压缸加载部分设计…………………………………………..6
三、信号处理及接口电路…………………………………………………………….7
(一)压力信号处理过程……………………………………………………...7
(二)位移信号处理过程……………………………………………………..8
(三)本章小结……………………………………………………………………11
四、控制系统数学模型…………………………………………………………………11
(一)压力闭环系统传递函数……………………………………………….11
(二)位移闭环系统传递函数……………………………………………….14
(三)本章小结…………………………………………………………………….17
参考文献………………………………………………………………………………………18
致谢……………………………………………………………………………………………...19
一、绪论
SHPB实验装置的基本原型是Hopkinson在1914年提出的,它是测试瞬态脉冲应力的第一种方法,仅可用于测量冲击载荷的脉冲波形。Hopkinson压杆本质上是一种简单的弹性杆,在杆的一端施加未知的压力-时间载荷,产生一个弹性波在杆中传播,弹性波通过试件时,使试件发生塑性变形。通过正确的测试技术,应用弹性波理论可以在杆的输入端和输出端记下扰动波的一些参量,由于压杆保持弹性状态,不仅可以测试施加的载荷,也可以测试杆端的位移。试件、杆和载荷之间可以有不同的位置安排。
,通过加速的质量块、短杆撞击或炸药爆炸产生加速脉冲,试件置于输入杆和输出杆中间,利用这一装置可测量材料在冲击载荷作用下的应力-应变关系。,现代SHPB实验装置都是在其基础上发展而来,。典型的SHPB实验装置及其数据采集处理系统如图2所示。当枪膛中的打击杆(子弹)以一定的速度撞击弹性输入杆时,在输入杆中产生一个入射脉冲εi,应力波通过弹性输入杆到达试件,试件在应力脉冲的作用下产生高速变形,应力波通过较短的试件同时产生反射脉冲εr进入弹性输入杆和透射脉冲εt进入输出杆。利用粘贴在弹性杆上的应变片,记录下应变脉冲,计算材料的动态应力、应变参数。
二、SHPB装置液压加载系统
SHPB装置液压加载系统压力闭环自动控制系统是一个典型的机电一体化系统,其组成包括传感器检测与信号处理部分、计算机控制部分、伺服执行部分、动力部分与机械结构部分,其中控制核心为传感检测与信号处理部分、计算机控制部分、伺服执行部分。
其组成如图2-1所示。其中,传感检测与信号处理部分,位移传感器选用测试精度较高的磁致伸缩传感器,该传感器将直线位移转换为数字脉冲信号,通过检测脉冲信号的数量即可得到加载液压缸的运动位移,从而