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解决方案|基于LabVIEW的异种金属复合构件热-力耦合电检测系统

  时间: 2023-01-09      30    

  异种金属连接构件在热-力耦合工况条件下服役时,在热、力的作用下异质连接界面会发生应力变形导致连接界面位置产生空洞、裂纹等缺陷。缺陷影响材料的导电性能,可利用电阻分析技术对裂纹的萌生和扩展进行监测。基于 LabVIEW编程语言环境,利用数据采集卡及霍尔电流、电压传感器、温度、位移传感器设计了一套热-力耦合电检测系统。结合铝/钢连续驱动摩擦焊实例,通过分析动态电阻和延伸率的变化,得到复合构件在服役过程中接头失效机理。实践证明,该系统可为异种金属连接构件的实验研究及现场服役监测提供技术支持。

  1、硬件系统

  搭建的热-力耦合实验平台如图1所示。整个实验平台包括加热设备、恒流直流电源、数据采集卡和传感器模块。加热设备为采用PID程序控制的立式管式炉,能够满足实验的精度需要。直流电源为艾德克斯IT6832,可提供0~32 V、0~6 A的调节范围,恒流模式下精度为0.2%,设定值+10 mA。采用NI USB-6009数据采集卡对热-电耦合实验中的电压信号进行采集,数据采集卡提供有8个模拟输入通道,单通道最大采样率为48 kS/s,允许的输入量程为±10 V。传感模块包括霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、温度传感器及信号放大电路组成和位移传感器。霍尔电流传感器为CHB-25NP,通过选择5 A的量程范围可以对0±7 A的直流、交流及脉冲电流信号进行测量,输出与原边相同波形的电流信号,配合放大电路使其输出为电压信号。电压传感器选择CHV-25P,原边输入范围为0±14 mA,输出端同样为电流信号,需要配合放大电路转化为电压信号。温度传感器为K型热电偶搭配AD8495芯片对其进行温度转换,测量实验温度的变化值。DA-5直线位移传感器分辨率为0.1 μm,可输出0±5 V范围的电压值,测量在热-力耦合过程中位移的变化范围。采用立式加热炉进行加热,底部砝码连接夹具施加竖直方向的载荷力。

解决方案|基于LabVIEW的异种金属复合构件热-力耦合电检测系统-纳米软件

  2 软件系统

  软件系统包括数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块。软件系统主要对长时间的热-力耦合过程施加在复合构件上的电流信号,产生的电压信号、实验温度以及纵向位移量等数据进行采集、处理和储存,然后计算出实验过程中的动态电阻和延伸率。

  系统前面板主要由采集路径设置、通道设置、采样设置、数据显示界面组成,如图2所示。实验时可对文件存储路径、采集通道、采样率等相关参数进行设置,同时设置均值时间,以满足不同的精度需求。在软件系统上主要有DAQmx创建采集通道、采样时钟以及读取设置完成对各路电压信号的同步采集。数据处理模块要求较高的采样率以及采样精度的同时,还需要尽可能产生少的数据量。对原始数据进行均值化处理可以消除在量纲和数量上的影响,全面反映出原始数据中的变异程度使结果更加准确。均匀化处理用式(1)表明:

解决方案|基于LabVIEW的异种金属复合构件热-力耦合电检测系统-纳米软件

  式中 P为采样率;t为均值时间;x1为处理后数据。

  解决方案|基于LabVIEW的异种金属复合构件热-力耦合电检测系统-纳米软件

  对处理后各通道数据增加标签和相应时间,以文本的形式储存在计算机中。程序的后面板如图3所示。

  解决方案|基于LabVIEW的异种金属复合构件热-力耦合电检测系统-纳米软件

  总结

  (1)利用LabVIEW开发了一套适合长时间进行异质构件热-力耦合实验的采集系统,系统具有采集精度高、可靠性强等优点,通过对动态电阻的采集分析得出复合构件可靠性的评估。

  (2)通过铝/钢连续驱动焊接构件实例对采集系统进行了验证。宏观上构件延伸率的增加导致界面位置出现明显的颈缩现象。微观上依据动态电阻的变化可以分为稳态期、裂纹萌生期、深塑区裂纹扩展期、界面稳定期四个阶段。利用电阻检测技术,揭示了裂纹在铝钢复合构件深塑区的演变趋势。

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