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专家信息 | 典型开发成果  

专家信息 :

孙振华 教授,1970年毕业于清华大学动力机械系。1992年任清华大学副教授,2001年任清华大学教授。中国力学学会理事,中国力学学会英斯特朗材料试验协作委员会主任委员。

主要研究领域和代表性成果

长期从事压力容器和其他工程结构的应力分析、强度设计、断裂行为和疲劳性能研究,多年参与国家科学技术部大型设备升级改造技术开发与推广,参与我校211、985和世界银行贷款项目的组织与实施,在实验室建设、实验设备开发和实验技术研究方面开展工作,其中,教学改革项目《坚持高标准,创建新体系》获北京市教育成果一等奖,国家教育成果二等奖,《疲劳试验机计算机控制及数据处理》和《岛津试验机数据系统》分获清华大学实验技术成果一、二等奖。

近期主要从事材料力学试验设备开发和生物质能燃料燃烧技术研究。

在研项目

材料力学多功能试验台开发

材料试验设备开发

生物质能燃料制备设备及燃烧设备开发

代表性著作

1 孙振华   罗辉阳  赵世琦   橡胶增韧环氧树脂低周疲劳行为 

清华大学学报 Vol.39 NO.4,1999

2 孙振华  罗辉阳  赵世琦   橡胶增韧环氧树脂的力学模型综述高分子材料科学与工程  Vol.17,No.2,Mar.2001

3 Sun Zhenhua  Luo Huiyang  Zhao Shiqi    Fatigue Crack Propagation Behavior of Rubber Toughinged Epoxy Resin   TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.5,No.1,Mar. 2000 4         J.H.Liu  D.B.Zeng  Zh.H.Sun  Measurement of Fatigue Damage of Ductile  Cast Iron with Ultrasonic    FATIGUE ’99 Vol.3/4 pp2041-2046 HIGHER EDUCATION PRESS 1999
典型开发成果 :

1、电子万能试验机  包括门市机架和悬臂式机架

标准配置:PCI总线CPLD测控卡,进口伺服系统,品牌微机,A4单色激光打印机、拉伸、压缩、弯曲夹具,轮辐式负荷传感器,夹式引伸计。

功能特点:

门式机架设计,构成了高刚性的框架结构;

高精度、无间隙滚珠丝杠,提高了传动效率和位移精度;

品牌计算机、专用测控软件、PCI总线CPLD测控卡、进口交流伺服驱动系统等测控单元组成,使本机保证了高精度和高可靠性;

位置、载荷、变形、速度闭环控制,各种控制环可自动切换,平滑过渡;

能够实现试验过程全部自动化。

位置、载荷、变形、速度数码显示,力-时间、变形-时间、力-变形和力-位移试验曲线自动换档屏幕显示,各种曲线可以随意切换、随意缩放;有曲线遍历、曲线叠加功;

位置硬件保护,位置、载荷、变形软件保护,断裂自动识别;

试验参数自动/手动分析、计算,测试结果文件输出和打印输出,试验报表自动生成;

开放式试验程序自助设计,试验过程自动完成。

精度等级:1级(根据用户需求可生产0.5级精度产品)

执行标准:满足用户需要的相关标准。

应用范围:各种工程材料(金属、非金属、建材)标准试样拉伸、压缩、弯曲试验,非标准小型结构件型式检验和力学性能试验。

技术参数: 

型    号 WDW10 WDW20 WDW30 WDW50 WDW1000 WDW200
最大试验力(KN) 10 20 30 50 100 200
试验力测量精度 1级或0.5级
试验力测量范围 1级为1% ~ 100%FS,0.5级为0.4% ~ 100%FS
速度范围 0.05 ~ 500 mm/Min
速度测试精度 ±0.5%
变形测试精度 ±0.5%
位移分辨率 0.005 mm
横梁行程 1000 mm 1200 mm
主机尺寸 700×500×1800 960×640×1980 960×640×2100
主机重量 550kg 1100kg 1500kg

2、高低温冲击试验机

该款高、低温示波冲击试验机在完全满足常规冲击试验需求的基础上,具有三个重要的特性:冲击试验流程的智能化、可靠地支持高、低温冲击试验、冲击力曲线的采集和显示。与试验机配套的控制软件界面如下所示:

图1 控制软件主界面

软件界面由主菜单栏、数据面板、曲线面板和控制面板组成。数据面板实时地显示摆锤的角度、冲击能量、温度、温控(冲击)时间等参数;曲线面板显示冲击曲线和温度控制曲线;控制面板则负责控制冲击流程。软件界面友好,操作简单,功能清晰实用,为实现本产品上述三个特点提供了有力的保障。

1. 智能化的冲击流程

利用本产品进行冲击试验时,用户只需将试件放入位于温控箱中的试件槽内,利用专门提供的试样推送机构将被试试件从温控箱中推出,设置在温控箱外侧的接近开关在检测到推杆时发出动作信号将升降平台自动抬起,确保试件顺利通过。位于试样支座上的限位装置能检测到试件到位与否,并控制试样定位装置将试件夹紧。待推杆退出后,升降台自动下落回位并触发摆锤擒纵机构和数据采集系统。为了获得更可靠的安全保障,特别设置了手动触发按钮,采用手动触发模式时,手动触发按钮被置于”闭合”状态时,摆锤才下落并触发和数据采集系统。控制软件会自动记录冲击全过程数据,并自动计算冲击能。

本系统可以实现批试件的连续冲击和试验数据的记录分析。

2. 高、低温冲击

本冲击试验机通过对电热器或液氮罐电磁阀的控制,还可以实现批试件的高、低温冲击。温控系统具有保证合适的升降温速度、温度保持好、温度控制精度高的特点。启动软件上的“开始温度控制”按钮,便可开始变温,当温度到达目标温度附近时,软件会指示温度保持时间,以便试验人员决策。下图显示了本系统将温度从室温依次降到0度、-15度、-50度和-100度的情形,从图中可以看出,本温控系统能快速地将温度降低到目标温度(从15度到-100度耗时仅10余分钟),并且能稳定地维持在目标温度正负1度的范围内。

图2 温度控制曲线

低温试验表明,当温度降低到-100度时,温控箱具有良好的隔热效果,无结霜现象出现。

3. 冲击曲线的采集

通常的冲击试验机仅能根据冲击摆的扬角来计算冲击中损失的能量,试验人员无法对冲击过程有详细的了解。本试验机在底座上设计了力传感器,专门设计了高频低噪采集卡,能将冲击的动态过程完整地记录下来,为试验人员分析材料的动态性能提供了依据。一个典型的冲击曲线如图1所示。

采集到的冲击数据直接保存为数据文件,供试验人员后分析使用。

用户可根据需要设定采样频率,最高采集频率为500KHz。

3、 压剪试验

 

4、试验机测控卡MTMCC及控制软件FGTest

FGTest是本公司开发的一套试验机控制系列软件。

FGTest与我公司自主研制的万能测控卡MTMCC配合,可适用于不同类型的材料试验机,如各种微机控制电机驱动类试验机、微机屏显试验机、微机控制电液伺服类试验机和微机控制比例伺服类试验机等。

用户可以通过配置文件设定试验机类型,针对不同试验机类,软件界面作相应的局部调整,形成不同的应用版本。下面以微机控制电子万能试验机为例,对FGTest的主要特点进行介绍。下图是软件的主控界面。

图1 微机控制电子万能试验机控制软件主界面

FGTest软件集硬件参数设置、数据采集与分析、控制方案设定于一身,用户不需借助其他程序即可完成所有的试验工作,简化了操作过程。软件采用WindowsXP风格界面,大方美观,操作简单,功能清晰实用,易于被试验人员掌握。

1. 灵活的硬件配置

万能测控卡MTMCC为用户根据需要配置硬件提供了硬件基础,借助FGTest软件,用户可针对硬件所做的调整修改相应的配置参数。一块采集卡最多可同时配置12个模拟信号通道,包括4个数字增益控制信号通道和8个扩展模拟信号通道,传感器的量程和灵敏度均可通过软件随意设定。该卡配置了4路数字信号输入,4路数字信号输出,6路差分编码信号计数,软件会根据用户设置自行调整板卡上可编程逻辑器件的参数,以满足不同的需要。

该软件实施参数设定分级管理模式,专业人员可通过使用授权密码来对传感器的详细参数进行设定。

软件支持打印硬件参数配置,以便用户在不同主机上参考使用。

2. 高精度试验数据采集

用户可分档或不分档采集模拟信号实时测试数值及各自相应的峰值,最高分档数为8档,分档时的精度为每档量程20%开始示值的±0.05%,不分档时的精度为全量程的%2示值的±1%。

试验过程中采集到的信号值和位移值用直观的数码显示,同时记录力-时间、位移-时间、力-变形、力-位移曲线,可随时切换显示,任意缩放、移动查看。

采集过程中的数码刷新频率、曲线刷新频率、数据采集频率均可根据需要随时修改,以达到最佳的采集和显示效果。

用户可设定破型判断、过载保护等参数,控制试验采集过程的进程,同时有效地确保试验机运行于安全可靠的状态。

3. 试验结果分析与维护

软件的标准配置包含国标GB228-87(金属拉伸试验方法)、GB/T228-2002(金属材料室温拉伸试验方法)、GB7314(金属压缩试验方法)等试验方法,还可根据用户需要定制特殊的试验方法,用户也可自行指定待分析参数。试验方法和试验结果均采用数据库管理,自动保存所有试验数据和曲线,用户可方便地对历史试验数据进行分析。

提供批处理功能和试件模板管理功能,方便用户可以进行批量试验。

采用微机自动分析和试验人员手工分析相结合的方式,分析计算试验材料的机械性能指标。试验结束时,软件根据试验标准(或用户指定)确定需分析的参数,自动计算出弹性模量、屈服强度、非比例伸长应力等参数。在此基础上,用户可在曲线上直接调整分析参数,人工干预分析结果,以提高分析的准确性。分析的过程中,用户可设定曲线的大小和颜色,亦可多条曲线比对分析,使得分析更加直观。

在得到准确的分析结果的基础上,用户可根据需要自行设计试验报表格式,打印试验报告及相关曲线。

4. 控制性能参数

支持多种控制方式,按照控制步数的不同可分为单步程控和多步程控两类。

单步程控包括等速位移、等速应力、等速应变、位移保持和力保持等多种闭环控制方式,用户可自行设定等速位移(应力、应变)控制的速度档位数目及档位范围。

多步程控包括金属拉伸试验、金属压缩试验等,专业用户也可使用软件提供的多步控制编辑功能,定制特定的控制程序。

以上两种控制方式均通过数字PID控制算法调整加载过程,等速控制误差≤1%,保压控制误差≤0.5%,各套系统在出厂前均已设定好PID参数,一般情况下用户不需修改即可达到理想的控制效果。

5、材料力学实验多功能实验架

设备概述    本试实验装置,是为材料力学、工程力学、建筑力学、结构力学课程特别设计的开放式实验装置。本装置考虑到力学性能实验和结构的力学性态测试实验的空间布置需要和试验载荷的容量要求与灵活性,特别配置了伺服电机驱动和电液比例驱动两种不同性质的驱动系统。本装置采用了计算机数据采集技术,以便获得可以移植和后处理的数据文件。由于不同学校的教学目的不同和对系统的自动化程度要求不同,本装置分成手动加载和计算机控制加载两个系列。为了缩小设备空间占用量和降低设备投入,设备的主要结构均设计成标准试样形式,因此减少了试件加工量,降低了试件制作成本和设备运行成本。为了保证开放式教学中学生的人身安全,力学性能试验部分采用了安全保护设计,液压驱动部分采用中压结构(2MPa)。由于结构试验样品多种多样,因此结构试验加载平台采用组合式设计,学生可以自由组合不同实验,也可以根据试验平台基本结构参数自己设计实验和试样。 

技术参数

设备型号

CLSY-01

CLSY- 02

加载方式

手动

计算机控制

主要实

验功能

材料的力学性能实验

1)   拉伸

2)   压缩

3)   扭转

4)   弯曲

5)   压杆临界载荷

结构模型力学性态测试

1)   组合梁弹性行为测试

2)   组合柱弹性行为测试

3)   框架弹性行为测试

4)   薄壁柱壳应力测试

5)   桁架内力分布测试

6)   刚架内力分布测试

7)   薄壁筒弯曲扭转弹性行为测试

材料的力学性能实验

1) 拉伸

2) 压缩

3) 扭转

4) 弯曲

5) 压杆临界载荷

结构模型力学性态测试

1) 组合梁弹性行为测试

2) 组合柱弹性行为测试

3) 框架弹性行为测试

4) 薄壁柱壳应力测试

5) 桁架内力分布测试

6) 刚架内力分布测试

7) 薄壁筒弯曲扭转弹性行为测试

主要技

术参数

材料的力学性能实验

最大实验载荷    50KN

位移分辨率      0.005mm

载荷精度        0.5%

变形精度        0.5%

结构模型力学性态测试

最大介质压力    2MPa

最大实验载荷    10KN

位移分辨率      0.005mm

载荷精度        1%

变形精度        1%

材料的力学性能实验

最大实验载荷    50KN

动横梁位移速度0.1~20mm/Min

位移分辨率      0.005mm

载荷精度        0.5%

变形精度        0.5%

供电电压        220V

电耗            150VA

结构模型力学性态测试

最大介质压力    2MPa

最大介质流量    1l/Min

供电电压        220V

电耗            500VA 

最大实验载荷    10KN

位移速度        0.1~10mm/Min

位移分辨率      0.005mm

载荷精度        1%

变形精度        1%

基本配置

1、台式计算机:主频2G,内存256M,52速光驱,100G硬盘

2、多功能实验架

3、轮辐式力传感器、压力传感器

4、手动加载件

5、数据采集卡

6、数据采集软件

1、台式计算机:主频2G,内存256M,52速光驱,100G硬盘

2、多功能实验架

3、伺服电机及其驱动系统

4、电液比例加载系统

5、轮辐式力传感器、压力传感器

6、实验系统测控卡

7、实验系统测控软件

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