拉力機與沖擊試驗機的結構原理

1)拉力機,沖擊試驗機的功能原理
根據理論力學的原理，我們知道勢力場中，有勢力的功等于質點（系）始末兩位置勢能之差。由功能原理，有勢力的功等于質點（系）始末兩位置動能之差。因此，無論是落錘沖擊試驗機還是擺錘沖擊試驗機，下式恒成立：
m一沖擊錘質量；
g一試驗機工作當地重力加速度
LA一沖擊錘在4點位置高度；
LB一沖擊錘在S點位置高度；
VA一沖擊錘在4點位置速度；
VR一沖擊錘在B點位置速度。
式（2-43)中，系統內的勢能和動能（地球的動能看著不變）是可以相互轉換的：勢能的增加等于動能的減少，而動能的增加等于勢能的減少。上式也可寫成：


式（2-44)左邊表示沖擊錘質心在位置/I時的系統的機械能，公式右邊表示沖擊錘質心在位置A時的系統的機械能。公式右邊表明，在系統內的勢能和動能相互轉換過程中，系統的總機械能保持不變。因此有機械能守恒定律：
如果一個系統內只有保守力（如果重力、彈性力）作功，其他內力和一切外力都不做功 (或其他內力和一切外力的總功為零），那么，系統內各物體的動能和勢能（重力勢能、彈性勢 能）可以互相轉換，但是，他們的總和保持不變。

(2)落錘沖擊試驗
落錘沖擊試驗機試驗時，將質量為m重錘提升到位置A (距試樣接觸表面距離為H)高度后，對試樣進行沖擊試驗，由機械能守恒定律得公式（2-44)，可以分別計算下列結果。
a)落錘的沖擊速度
已知落錘沖擊點距試樣接觸表面髙度為H，落錘的動能為零，并且取此為坐標零點，方向向下為正。又當落錘自由下落至試樣接觸表面時，落錘沖擊點至zui低位置，落錘的勢能為零，因 此，由式（2-44)，


在整個沖擊過程中，作用在沖擊錘上的力有兩個，一個是錘的重力f，另一個是試樣對錘的正壓力。由于重錘在整個過程中，它的初、末速度均為零，也即它的初、末動量均為零，如果取豎直向上的方向為坐標軸的正方向，那么，根據動能原理，得：


由式（2-46)可以看出，重錘自由下落時產生的沖擊力與錘的重力、下落高度成正比關 系、與試樣的作用時間成反比關系。
為方便看出正壓力P與沖擊高度及作用時間r的關系，假設重錘的沖擊高度H=14.7m,錘 重F= 1N時。按照上式計算得相應結果如表2-2。
表2-2落體沖擊力與離度，作用時間的關系
 

在其他條件不變的條件下，正壓力作用時間越短，重錘產生的沖擊力越大，當作用時間為 0.1s時，重錘產生的沖擊力竟達到其靜重的20倍。

(4)擺錘沖擊原理
我們可以將擺錘式沖擊試驗機的擺當作繞定軸轉動的剛體。在重力場，當擺錘處于初始揚角a處時，具有一定的勢能，動能為零；自由下落至zui低點，勢能轉換為動能， 這時勢能為零，轉換為zui大動能。試驗時，具有巨大動能的擺錘沖擊試樣，試樣在破壞過程中吸 收部分擺錘動能，擺錘在剩余動能的驅使下繼續前沖直至動能為零的一個新位置后回落，這個擺 錘在沖斷試樣后繼續前沖直至動能為零的一個新位置就可表示為試樣破壞所消耗的能量。
 
上式確定了碰撞沖量作用點K的位置。只有作用于剛體的碰撞沖量的作用線在剛體對稱平 面內，并垂直于質心的轉動半徑，作用線到轉軸的距離= 才能使（具有與轉軸垂直的 對稱面）的轉動剛體在轉軸處不產生碰撞沖量。這個K點稱為打擊中心，A稱作打擊中心距。
由于在檢測過程中，并不容易求得擺錘式沖擊試驗機作為轉動剛體的質心和轉動慣量乃， 因為，通常只有技術人員在設計擺錘時用于計算打擊中心位置。所以，我們可以根據剛體繞定軸 轉動的微分方程來導出計算打擊中心距的簡捷公式。

因此，可以測量擺的微幅擺動周期來確定擺的轉動慣量。有利于操作拉力機與沖擊試驗機的工作人員以及,儀器計量、儀器校準、檢測人員在現場使用,作為一個參考.