杏鑫代理开发新的工业应用的基础


杏鑫注册登录【直属QQ304-724】美国制造业利用快速数据采集来提高生产能力

随着全球各地的制造企业寻求提高其产品质量,美国的研究人员已经使用HBM的DAQ设备来确保国际竞争力。

为了保持全球竞争力,美国制造业正在实施根本性变革,专注于设计和制造复杂、高度定制、高质量的产品。全球需求意味着这些设施必须迅速建设,以满足不断变化的市场需求。制造商需要缩短产品开发周期,提高生产系统和供应网络的灵活性和速度。这必须在减少能源需求和环境影响的同时完成。

美国制造业面临的一个主要挑战是准确预测特定工艺和工作材料的最佳加工参数的能力。

这一直是美国主要研究的重点,杏鑫招商美国国家标准与技术研究所(NIST)开发了先进的过程计量方法和工具,以增加对现有制造过程的科学理解。

研究目标

这项研究旨在为开发新的工业应用奠定基础,从而加强美国的国际竞争力。

已经开发了几种工艺,预计对多种制造工艺至关重要,NIST认为这些需要通用的计量方法。

NIST一直关注的常见过程现象包括更好地理解力、温度、材料特性,特别是在工具界面的材料转换。

另一个重点是研究如何从制造过程中的性能、摩擦和振动方面减少刀具磨损的影响。

这些变化的影响要求从基于人类经验的制造实践向基于科学的建模、决策和生产转变。NIST计划正在开发基本的测量、标准和工具来帮助美国制造商实现这种转变。

样本在霍普金森分裂条

作为研究的一部分,NIST已经开发了一种精密工程的分离式霍普金森棒——或分离式霍普金森压力棒——结合了快速加热能力。该装置可提供材料性能信息,以改进高速加工过程的有限元建模。

NIST split-Hopkinson杆包括两个1.5米长,15毫米直径的高强度钢筋,安装在轴承上,使杆容易轴向滑动,同时抵抗其他方向的弯曲。这些被称为入射杆和传输杆。此外,还有第三根钢条,叫做打锤,和两根主要的钢条用同样的钢材制成。这条短得多,但与两条主杆直径相同,可以很容易地移动。

在进行实验时,将被测材料的圆柱形样品装在两根棒之间,并仔细对齐轴对称。这意味着,在忽略径向效应的情况下,任何收集到的数据都可以用一维波理论进行分析。然后,气枪以不同的高速发射,以发射攻击者对事故棒。

冲击器的冲击发出一个压应力波,通过入射杆和样品。采用这种方法,试样会迅速受到压缩应力波的冲击。当压缩波到达样品时,杆与样品之间的阻抗差将输入波分成两部分。

一部分是沿入射杆反射回来的拉伸波。第二部分继续作为一个压缩波-快速和永久-塑性变形的样品。压缩波随后传播到传输杆中。NIST的split-Hopkinson杆被设计成只有试样受到塑性变形的影响。

NIST split-Hopkinson bar促进了美国制造业实践向基于科学的建模、决策和生产的转变。

脉冲加热

此外,NIST设备与一个可控电阻加热系统相结合,为测试样品的计量提供了一个独特的视角。

该加热系统最初是为了测量金属在高温下的物理性质,如纯金属熔化时的临界点。现在,这种方法已经得到改进,一旦样品被放置测试,就可以使用精确控制的直流电流脉冲,以极快的速度预热实验样品。

NIST的分离式霍普金森酒吧可以加热试样在1000ºC的温度在不到一秒。在快速关闭电流之前,这种高温可保持数秒,从而使快速加热样品的动态压缩测试以高达每秒104的应变速率进行。

NIST splithopkinson棒与预热样品的这种组合,使研究人员能够研究在任何指定温度下加热速率和时间对碳钢流动应力的影响,从而可以模拟高速加工操作。

虽然脉冲加热速率比高速加工过程中通常发现的要小,但它比使用传统方法预热样品要快得多。这是一个优势,因为它可以获得流动应力测量,因为热激活的微观结构过程(如位错退火、晶粒长大和固态相变)发生的时间更少。

数据采集的重要性

NIST的Split Hopkinson Bar由高性能数据采集和分析设备进行监测是至关重要的,因为测试的主要目的是收集数据,从而促进先进过程计量方法和工具的发展。

一般来说,对任何一种材料都要进行5到10次测试,因此测试必须是可重复的,数据采集组必须能够确保对不同测试的数据进行随时比较。此外,每次测试都是破坏性的,因为样品很薄,并且在实验过程中永久变形。

这对系统的设计施加了许多限制,以确保所有相关数据都被正确捕获并随后进行分析,因为测试期间的时间间隔只有几毫秒。

解决方案是:Genesis HighSpeed

为了确保所有这些要求都能得到满足,NIST开发了一个集成的App系统,称为Split Hopkinson Bar数据处理和分发系统(PADS)。

HBM的起源高速数据采集设备提供分离式霍普金森条测量数据到数据垫。HBM能够满足NIST的要求,因为Genesis HighSpeed是一个健壮的DAQ系统,能够从测试过程中的三个关键点捕获所有相关数据

初始压缩冲击,

反射的压缩应力波

还有正在进行的拉伸波

在很短的时间内。这一点,加上HBM的国际计量专业常识,意味着它可以提供希翼建立类似系统的研究人员所需的所有传感器、数据采集和数据处理设备——从应变仪到分析App。

HBM的Genesis高速DAQ的一个优点是,它也可以准确记录低振幅电压,因为它配有高速a /D板。数据采集系统需要一个高频响应来记录通常持续不到一毫秒的信号。一般情况下,数据采集系统中所有元件的最小频响为应变片数据2mhz,加热数据100khz。

应变片已经发展成为NIST分离式霍普金森杆实验中测量杆应变的标准技术。通常,两个应变片沿杆直径对称地附着在杆表面上。在入射杆和透射杆的中点安装应变片,利用一维弹性波分析,可以得到试样的应力对应变的响应。应变计发出的信号用惠斯通电桥来调节。在这些实验中,惠斯通电桥输出的电压通常只有毫伏量级的小振幅。

两套标准线性应变仪采用全桥式电路。上游应变片有双重用途,因为它们测量材料上的入射应变和设备中的加载脉冲撞击样品所返回的反射应变。下游应变计记录通过材料并进入NIST分离式霍普金森杆的第二部分的传递应变。

Genesis高速数据采集设备的另一个优点是,它易于使用,App可以很容易地修改,以满足任何应用程序的特殊需求。Genesis高速数据采集设备与HBM的应变和应变片常识的结合,使HBM能够为客户提供独特的专业常识组合。

HBM的Genesis高速数据采集技术是NIST实验的核心

高速摄像机被用作实验的一部分,杏鑫代理以确保视觉信息与HBM的Genesis HighSpeed捕获的数据有关

数据分析变得容易

历史上,工程师们通过使用静态的,程序性的语言脚本(如Fortran或Matlab)来分析类似实验的数据。然而,Genesis HighSpeed和HBM的相关App与优秀的图形用户界面(GUI)已经给工程师提供了新的工具来利用。

工程师们也倾向于进行测试,分析数据,然后只提供处理过的数据。然而,HBM提供了一个广泛的关系数据库,使研究人员能够存储原始数据和处理参数,并根据需要实时重新处理数据。这是非常有用的,当产生应力/应变曲线从分裂霍普金森杆数据。利用Genesis高速设备意味着数据可以通过文件服务器通过网络访问或安装在笔记本电脑上,并在独立模式下使用,使完整的测试记录可以很容易地检索。

该功能的一个有用的例子是数据垫,它通过存储原始应变片数据和描述应变片数据应该如何处理的元数据,交互式地重新计算应力/应变关系和各种假设下的其他数据曲线。nist开发的数据板还包括一个数据库,包含可见高速视频,热摄像机视频,高速高温计数据,射体速度传感器数据,以及技术论文和相关信息。此外,App还必须允许多个用户访问,这些用户可能在不同的配置下对系统实行不同类型的测试。

除了常规的一维数据,如校准常数和测试条件,NIST Split Hopkinson Bar设备产生了广泛的二维数据,如电流、温度、弹丸位置和应变片数据与时间的关系。三维数据,如热图像和可见光图像的时间也可以产生一个全面的数据范围。

结论

利用NIST的分离式霍普金森棒装置,可以模拟出晶片形成的基本问题。在切屑形成过程中,工件在极端的压力和温度条件下与刀具相互作用。这导致在非常高的应变速率下,无论是在薄的主剪切区,还是在刀具/工件界面的二次剪切区,当新切割的材料滑上刀具表面时,都发生了大的塑性变形。

在一些材料中,高速切削时的温度也可以接近熔化温度。虽然由于开发了方便用户的有限元App,建模和仿真已经取得了显著的进展,但NIST Split Hopkinson棒材设备的开发有助于满足对改进材料性能的需求,提高了机械加工建模和仿真的精度和可靠性。


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