金屬材料試驗(yàn)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究,職稱論文

金屬材料試驗(yàn)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究,職稱論文內(nèi)容摘要：本文以金屬材料試驗(yàn)中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用為中心,首先分析了在金屬材料試驗(yàn)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)的必要性,其次介紹了金屬材料力學(xué)試驗(yàn)的分類及金屬材料壽命的預(yù)測(cè)方式方法,再次分析了金屬材料試驗(yàn)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)的瓶頸,最后介紹了實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要方式方法。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：金屬材料,力學(xué)試驗(yàn),計(jì)算機(jī)技術(shù)為準(zhǔn)確了解金屬材料在實(shí)際工況下的力學(xué)特性和失效形式,必須通過專門的試驗(yàn)設(shè)備對(duì)金屬材料零部件進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)配備拉伸、沖擊、壓縮、高溫等一系列試驗(yàn)設(shè)備。為了對(duì)諸多的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行有效管控,確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,同時(shí)節(jié)約試驗(yàn)員人力成本,很多試驗(yàn)室都面臨著怎樣應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)不同類別、不同生產(chǎn)廠家的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的難題。試驗(yàn)室系統(tǒng)軟件需統(tǒng)籌管控全部試驗(yàn)設(shè)備,具備與多個(gè)試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)軟件對(duì)接的能力,具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性抓取和存儲(chǔ)的能力,同時(shí)要面向用戶提供友好的操作界面,使用戶能夠高效便捷地訪問、查詢、修改試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過引入計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù),試驗(yàn)室各設(shè)備由一個(gè)頂層軟件監(jiān)控,各設(shè)備相當(dāng)于系統(tǒng)軟件的子模塊,模塊化的設(shè)計(jì)能夠?yàn)楹罄m(xù)追加設(shè)備預(yù)留一定的接口,當(dāng)試驗(yàn)室擴(kuò)大設(shè)備時(shí)僅在原程序的框架內(nèi)做必要的設(shè)置即可。1在金屬材料試驗(yàn)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)的必要性金屬材料在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用,對(duì)于很多長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高溫條件下的設(shè)備,都采用了耐熱鋼和耐高溫合金材料。為了確保設(shè)備中的金屬部件穩(wěn)定運(yùn)行,必須對(duì)所使用金屬材料的力學(xué)特性有較為精準(zhǔn)的了解,十分是其在高溫條件下的力學(xué)特征。力學(xué)性能試驗(yàn)是把握金屬材料力學(xué)性能的重要手段,通過提供精到準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果,避免不合格的材料應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。通常情況下機(jī)器設(shè)備中的關(guān)鍵零部件在高溫下的性能、耐久性、壽命等均有很高的設(shè)計(jì)要求,為了確保零部件的各項(xiàng)性能指標(biāo),完善的試驗(yàn)設(shè)備為各項(xiàng)試驗(yàn)提供可靠的測(cè)試手段,通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可斷定出關(guān)鍵零部件的性能。當(dāng)需要分析的零部件數(shù)量較多或者單個(gè)零部件試驗(yàn)項(xiàng)目較多時(shí),通常需要多臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備連續(xù)測(cè)試,對(duì)設(shè)備的管理和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理難度不斷增加,人工對(duì)應(yīng)的效率往往無(wú)法知足需要。隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,在金屬材料試驗(yàn)方面也逐步應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù),各種高精度金屬材料試驗(yàn)設(shè)備由手工操作向自動(dòng)化控制進(jìn)化,在進(jìn)行試驗(yàn)之前能夠根據(jù)需要設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù),試驗(yàn)設(shè)備即可根據(jù)設(shè)定的程序自動(dòng)完成相關(guān)試驗(yàn),減少了試驗(yàn)人員的工作量,提高了試驗(yàn)設(shè)備的開動(dòng)率。試驗(yàn)員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行情況,調(diào)取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后,試驗(yàn)設(shè)備能夠自動(dòng)存儲(chǔ)全部試驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)軟件還能夠進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整理,減少研究人員統(tǒng)計(jì)和匯總數(shù)據(jù)的工作量,進(jìn)而進(jìn)一步提升試驗(yàn)效率。在試驗(yàn)設(shè)備中引入計(jì)算機(jī)技術(shù),不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)設(shè)備硬件的控制和集中統(tǒng)一管理,也通過配套的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管控,基于網(wǎng)絡(luò)的軟件能夠?qū)Σ煌囼?yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析,通過橫向比擬不同試驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù),對(duì)零部件性能作出更智能化的分析。2金屬材料力學(xué)試驗(yàn)分類2.1金屬材料的主要力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能是指在不同的溫度等外部條件下,對(duì)金屬材料施行沖擊、拉伸、壓縮等不同類型的載荷后材料所呈現(xiàn)的力學(xué)特征,包括強(qiáng)度、塑性、疲憊強(qiáng)度、沖擊韌度等。金屬材料的強(qiáng)度是其在固定載荷作用下承受變形的能力,通常通過抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)量材料的彈性極限、委屈服從點(diǎn)等來判別金屬的強(qiáng)度;金屬材料的塑性是指其在固定載荷作用下發(fā)生塑性變形而不斷裂的能力,通常用斷面收縮率和斷后伸長(zhǎng)率來評(píng)價(jià);金屬材料的硬度是指其外表抵抗外部施加壓力的能力;金屬材料的沖擊韌度指其抵抗沖擊載荷而不被毀壞的能力;金屬材料的疲憊強(qiáng)度指其在屢次交變載荷作用下而不被毀壞的最大應(yīng)力值。2.2金屬材料的試驗(yàn)方式方法金屬材料的拉伸試驗(yàn)是力學(xué)性能較為常見的試驗(yàn),通過試驗(yàn)?zāi)軌虻弥饘俨牧系捻g性、塑性、強(qiáng)度、彈性力學(xué)性能。金屬材料在高溫環(huán)境中的力學(xué)性能主要通過拉伸蠕變及持久試驗(yàn)來測(cè)量,通過在持續(xù)高溫環(huán)境下保持固定應(yīng)力或應(yīng)變對(duì)金屬拉伸性能進(jìn)行試驗(yàn),應(yīng)力松弛試驗(yàn)用于測(cè)量試驗(yàn)件在高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間受力時(shí)應(yīng)力降低情況,通常包括拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)和彎曲松弛試驗(yàn)。金屬材料在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下會(huì)由于內(nèi)部組織不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力集中,當(dāng)循環(huán)次數(shù)不斷增加時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋直至發(fā)生疲憊斷裂,疲憊試驗(yàn)按載荷和環(huán)境可分為高溫疲憊試驗(yàn)、室溫疲憊試驗(yàn)、低溫疲憊試驗(yàn)、腐蝕疲憊試驗(yàn)、沖擊疲憊試驗(yàn)、接觸疲憊試驗(yàn)等。3金屬材料壽命預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零部件損壞往往會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的后果,因而預(yù)測(cè)金屬材料的持久壽命和蠕變斷裂壽命具有重要的實(shí)際意義。由于在工程應(yīng)用中金屬材料的持久蠕變壽命很長(zhǎng),有的甚至長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)至20萬(wàn)小時(shí),直接通過長(zhǎng)時(shí)間的持久蠕變?cè)囼?yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)有很大難度,為了縮短試驗(yàn)時(shí)間,通常采用增加試驗(yàn)載荷或提升溫度的方式,在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算出蠕變持久壽命。3.1等溫線法為了減少試驗(yàn)時(shí)間,維持試驗(yàn)溫度等條件不變,通過增加載荷的方式加速材料的蠕變斷裂經(jīng)過,能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)獲得所需的數(shù)據(jù),根據(jù)試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)即可計(jì)算出金屬材料蠕變斷裂性能。3.2時(shí)間溫度法由于金屬材料的蠕變與溫度相關(guān),提高試驗(yàn)溫度時(shí)金屬材料的內(nèi)部組織構(gòu)造會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化,時(shí)間溫度法能夠縮短試驗(yàn)時(shí)間,通過較高溫度下獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步推斷出金屬材料蠕變斷裂性能。4金屬材料試驗(yàn)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)瓶頸問題由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度較快,而金屬材料試驗(yàn)設(shè)備則相對(duì)較為落后,大部分實(shí)驗(yàn)室在引入計(jì)算機(jī)技術(shù)時(shí),都面臨著試驗(yàn)設(shè)備硬件和軟件方面均存在整合困難的問題。4.1系統(tǒng)軟件兼容性問題對(duì)于較大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室,往往會(huì)有幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)設(shè)備,不同廠家或者不同時(shí)期生產(chǎn)的設(shè)備配備的操作系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)也不盡一樣,操作人員需要學(xué)習(xí)每套軟件的操作方式方法,大大增加了試驗(yàn)員的學(xué)習(xí)成本。4.2軟件數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性問題數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性對(duì)金屬材料的試驗(yàn)具有極其重要的意義,通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)才能及時(shí)觀察到金屬材料變形等值的變化,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象,并采取必要的處理措施,使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更具可靠性。部分實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)軟件采用的是輪詢式的數(shù)據(jù)采集方式,按設(shè)定順序逐臺(tái)設(shè)備進(jìn)行采集,這種輪詢式的方式實(shí)時(shí)性較差,無(wú)法做到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同步采集。對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的試驗(yàn)設(shè)備,保持軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要,必須克制系統(tǒng)因運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)可能出現(xiàn)的卡頓現(xiàn)象,確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和異常情況的快速處理。4.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題不同試驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)無(wú)法分享會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)室管控困難,在實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是最重要的環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)質(zhì)量會(huì)對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)管理帶來很大影響。怎樣將孤立的各試驗(yàn)設(shè)備有效整合,怎樣避免文件系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)冗余問題,怎樣避免數(shù)據(jù)文件訪問時(shí)的寫入操作相互影響,都需要在軟件設(shè)計(jì)中予以充分考慮。數(shù)據(jù)的高效性也會(huì)對(duì)軟件系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響,在金屬材料試驗(yàn)中,金屬的高溫蠕變?cè)囼?yàn)通常會(huì)進(jìn)行幾個(gè)月甚至更長(zhǎng),當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)量較大時(shí),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問所消耗損費(fèi)的資源會(huì)相應(yīng)增加。5金屬材料試驗(yàn)軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)方式方法5.1不同設(shè)備軟件兼容性問題對(duì)策針對(duì)不同試驗(yàn)設(shè)備軟件接口問題,必須逐臺(tái)設(shè)備進(jìn)行改造,在原試驗(yàn)設(shè)備通訊協(xié)議和接口的基礎(chǔ)上,按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)增加通訊接口,同時(shí)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的程序做相應(yīng)修改。由于采取一樣的通訊協(xié)議和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口,各試驗(yàn)設(shè)備相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)的子模塊,實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)的主程序能夠控制、訪問各子模塊,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)全部試驗(yàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理。實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)還需要預(yù)留一部分?jǐn)U展功能,當(dāng)后續(xù)再追加試驗(yàn)設(shè)備時(shí),無(wú)需修改軟件的源程序,只設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)即可。5.2軟件數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性問題對(duì)策對(duì)于試驗(yàn)設(shè)備較多的實(shí)驗(yàn)室,軟件規(guī)劃時(shí)需要采用多個(gè)子線程分別控制的方式。多個(gè)子線程控制方式將數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)等功能劃分給獨(dú)立的線程,與單線程方式比采集數(shù)據(jù)速度最高,可避免對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)造成影響。由于每臺(tái)設(shè)備均由獨(dú)立的線程進(jìn)行處理,為了避免同時(shí)開啟的線程數(shù)太多,在軟件設(shè)計(jì)時(shí)能夠采取設(shè)立線程池的方式,避免浪費(fèi)系統(tǒng)資源,大幅度提高程序的響應(yīng)速度,在對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)主程序可正常運(yùn)行,進(jìn)而使用戶層界面始終處于可響應(yīng)狀態(tài)。線程池能夠自動(dòng)設(shè)定試驗(yàn)設(shè)備的狀態(tài),當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)線程池自動(dòng)釋放CPU資源。5.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題對(duì)策單機(jī)試驗(yàn)設(shè)備通常采用文件系統(tǒng)存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)室軟件系統(tǒng)采取數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的方式存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù),用戶無(wú)需關(guān)注數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的途徑,直接通過數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)即可訪問所需數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)量越大時(shí),數(shù)據(jù)庫(kù)比文件系統(tǒng)訪問速度低延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)會(huì)越明顯。數(shù)據(jù)庫(kù)具有應(yīng)對(duì)并發(fā)訪問的能力,具有以數(shù)據(jù)為單元的分享性,在并發(fā)訪問時(shí)數(shù)據(jù)可保持一致性。數(shù)據(jù)庫(kù)支持用戶高頻次的修改等操作,應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,對(duì)硬件資源的消耗明顯少于文件系統(tǒng)。結(jié)束語(yǔ)金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)控制系統(tǒng)軟件解決了實(shí)驗(yàn)室各設(shè)備軟件存在的問題和缺陷,實(shí)現(xiàn)了對(duì)各試驗(yàn)設(shè)備控制系統(tǒng)的整合,通過網(wǎng)絡(luò)連接打通了各設(shè)備數(shù)據(jù)信息的孤島。對(duì)系統(tǒng)軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)確保了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可擴(kuò)展性,進(jìn)而減少試驗(yàn)員工作量,并使試驗(yàn)效率明顯提升,應(yīng)用系統(tǒng)軟件后實(shí)驗(yàn)室智能化水平得以大幅度提升。以下