二、项目研究的科学依据及意义
主要包括：
1 科学意义和社会应用前景；
2 国内外研究概况、水平和发展趋势；
3 学术特色，立论依据； 4经济及社会效益分析。
1 科学意义和社会应用前景；
我国具有丰富的风能资源，并呈现储量大、分布广的特点，其中辽宁沿海及其岛屿年平均风速达到6-9米／秒，属于风力资源丰富地区，具有很好的开发利用条件[1-2]。然而，我国风力发电的瓶颈在于风机主要零部件和材料大多依靠进口，以兆瓦级风机为例，其主要、关键零部件的国产化率至多为70%，其中一批关键零部件的质量，还达不到发达国家的技术标准，成为阻碍我国风机走出国内市场的门槛。目前，国外主流机型为2－3MW[3]，而我国主流机型也已达到1-1.5MW，随着风机容量大型化的发展趋势，风机零部件材料及制造工艺中存在的问题暴露得更为显著[4-5]。
在风机关键零部件中，轴承座、变桨减速机壳体、轮毂、前机舱底盘等大部分零部件均选用球墨铸铁材料生产[6]，其原因在于从性能和成本综合考虑，球墨铸铁材料更适于制备上述具有产业化应用背景的风机关键零部件，然而风机实际运行的环境极为恶劣，再加上风机运行时受自然环境风速影响，呈现断续的运行特征，一般除了要求上述球墨铸铁材料零部件满足力学性能外，同时也要求风机零部件在低温条件下具备一定冲击性能[7-9]，这个新的性能指标在我国国家标准中尚未体现，但在欧美、日本等发达国家，却严格执行包括低温冲击性能的风机零部件铸件标准[10-11]。
基于技术封锁的原因，国外从没有报道风机零部件球墨铸铁材料的低温冲击性能，但对风机上述关键零部件的铸件，却设置了低温冲击性能标准，提高了企业步入的门槛值，是一种典型的技术垄断[13]。而我国风机关键零部件球墨铸铁件生产也是最近才刚刚起步，生产过程中往往凭着经验，缺少研发和技术沉淀过程，只能降低标准生产，综合的力学性能、低温冲击性能指标基本上都达不到要求，为了满足力学能的要求，通常降低低温冲击性能的门槛值[14]，故实际的风机零部件球墨铸铁件存在着不能忽略质量问题和较大的事故风险，因此在我国开展风机零部件球墨铸铁材料低温冲击性能研究具有重要科学意义：通过自主研发获得同时满足力学性能和低温冲击性能的球墨铸铁材料；掌握相关合金元素对具有厚大端面特征的风机球墨铸铁铸件低温冲击性能、力学性能综合影响规律；为我国兆瓦级风机大型球墨铸铁件开发出满足低温冲击性能要求、适合低温环境的球墨铸铁材料，为我国低温地区安装大容量兆瓦级风力发电设备提供基础材料支撑。
长期以来，风力发电在世界范围内呈现迅猛发展的势头，而最近几年我国风力发电领域发展则更为迅猛，数据表明：从1986-2005年期间，我国风电装机总容量仅为130余万千瓦；2006，我国的风电装机猛增到260万千瓦，为我国风机产业化以来之前全国装机总量之和；2007年，我国风机新增装机容量为188.7万千瓦，是2006年新增装机总量的145.8%，在世界上新装机总量已上升至第三位。2009年，全国装机总容量达1200万千瓦，约需要球墨铸铁铸件25万吨，由于我国风电市场仍将继续呈现高速发展趋势，可见对满足低温冲击性能要求的球墨铸铁铸件市场需求极为广阔。
2 国内外研究概况、水平和发展趋势；
球墨铸铁材料最早发现于1934年，当时N.Ahmad借助于相交的尼克尔偏光镜，第一次发现了呈径向辐射状的球状石墨，一年以后，H.A.Nipper用偏振光研究了回火碳的结构，清楚地观察到了少数球状石墨的十字架图像[15]。之后，球墨铸铁材料的研究成为铸造领域的热点，认识到了镁、铈、稀土等合金元素对获得球墨铸铁的重要作用，从1948年起，全世界开始了球墨铸铁的工业生产。在世界范围内，球墨铸铁呈飞速发展趋势，例如美国，其球墨铸铁铸件生产总量已达到灰铸铁总量，我国的球墨铸铁生产总量在2006年已达灰铸铁的50％左右，且每年呈2－4％的速度发展[16-17]，如此快的发展速度源于球墨铸铁的两个主要优点：(1)可在相当宽的范围内，满足设计对材质的要求；(2)与相同水平的材质相比，球墨铸铁的价格低廉。球墨铸铁的上述两个优点，正是风力发电机组关键零部件所需要的，能够满足风机在自然环境中运行对性能的苛刻要求，及风机产业化对低成本的要求。
国外在风力发电机组的研发、产业化历史远远早于我国，80年代已经开始千瓦级风机的产业化应用，之后，国内一些研究单位认识到风能资源利用的重要意义，开始了风能资源开发的自主创新之路及追赶世界先进水平的历程，其中以沈阳工业大学为代表[2, 12, 13]，经过30年的发展、近100余名科技工作者的共同努力，先后开发了300W、500W、1kW、5kW、7.5kW、15kW、30kW、75kW、200kW系列风力发电机组，促进了我国风电技术研发大大向前迈进一步，尽管此时我国风电产业化进程要远远落后于研发水平。2005年，我国风力发电机组研发获得重大突破，沈阳工业大学成功设计、研发出我国第一台具有完全自主知识产权的兆瓦级变速恒频风电机组，大幅缩短了与世界先进水平的差距，此时在节能减排和环保的双重压力下，国家开始重视风力资源的利用，推动了风电产业化进程，从2006至今1－1.5兆瓦级风机已成为国内风电市场的主流机型[10]，而同一时期荷兰、丹麦、美国等世界先进水平国家的主流机型为2-3MW，我国风电产业化与发达国家的差距也在缩小。可以说2006年是我国风电技术产业化具有重要意义的一年，兆瓦级风机产业化进程的大步前进，使得当年我国装机总量为之前各年全部装机重量之和。但风机产业化进程突然加速也使风机产业化中存在的问题一一暴露，风机关键零部件的瓶颈问题经凸显无遗，由于球墨铸铁材料铸件在风机关键零部件制备中占有相当比重，其存在的问题也更加严重，加之国内外风机容量大型化的发展趋势，国内兆瓦级风机关键零部件球墨铸铁件材料中存在的问题已不可回避[12, 13]。
风机运行时一般都在风力资源较为丰富的、地处自然条件较好的风场，由于四季交替使得风机所处的环境也经历春、夏、秋、冬四个季节，风机关键零部件的低温冲击性能因而提出，即除了满足韧性、强度、硬度等力学性能要求外，风机也应满足较低温度下冲击性能，使得风机在低温环境中频繁启动、运转过程不至于使零部件受损，并能满足国际上约定的稳定运行20年的寿命要求，对于丹麦、荷兰、美国等发达国家，所谓的低温环境有两个标准数值，－40℃和－20℃，在我国除了东北、内蒙古等地区外，绝大部分地区的最低温度也为－20℃以上，因此，针对风机关键零部件的球墨铸铁材料－20℃条件下的低温冲击性能研究在我国具有更大的适用性和针对性[14]。
关于风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能，国外因技术保密的原因从未见诸报道。我国风机产业化获得快速发展始于2006年，一些铸造厂也是从那时才开始从事风机零部件球墨铸铁件生产，至今不超过2年，一般凭借经验生产，因为缺乏研发经历和技术沉淀
过程，生产的风机关键零部件球墨铸铁件的低温冲击性能往往达不到要求，甚至出现过大批整机不能正常运行的事件，可见迄今为止，我国尚未进行风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能的研发报道，因此开展该项研究显得紧迫和重要。
目前，欧美等发达国家对风机球墨铸铁材料性能有严格的标准，一般参考欧洲的EN-GJS-400-18U-LT标准，其中涉及的力学性能指标见表1。
表5球墨铸铁试棒的力学性能(EN1563-1997) [14]
牌号相关壁厚
t(mm) 抗拉强度
Rm(MPa)
屈服强度RP0.2
(MPa)
断后伸长率
A(﹪)
符号代号
EN-GJS-400-1
8U-LT EN-JS1049 t≤30
30﹤t≤60
60﹤t≤200
≥400
≥390
≥370
≥240
≥230
≥220
≥18
≥15
≥12
欧洲的EN-GJS-400-18U-LT标准中对低温冲击性能的要求可描述为：在-20℃的夏氏V 形切口的冲击韧度试验共做三次，平均为10J，最低低温冲击韧度不能小于7J。仅从力学性能角度考虑，我国球墨铸铁材料QT400-18标准与欧洲EN-GJS-400-18U-LT标准相当，国内大多数铸造企业很容易生产出满足该标准要求的力学性能指标的球墨铸铁铸件，但若满足欧洲标准的低温冲击性能要求，一般而言，国内铸造企业尚难以达到，一般平均冲击韧度为7J 左右[13-14]，若考虑风机实际运行环境及稳定运行20年以上寿命的要求，风机零部件球墨铸铁件低温冲击性能的表征可能不止低温冲击韧度，标准中低温冲击性能的要求可能需要进一步扩充。
可见风机关键零部件球墨铸铁材料的低温冲击性能与力学性能一样，是风机零部件必须同时要求的性能，在我国尚未对此开展任何研究的情况下，进行此项研究工作的难度可想而知，对于我国而言，开展风机零部件球墨铸铁材料低温冲击性能研究的艰巨性主要体现为以下几个方面[18-20]：(1)我国风机用球墨铸铁原材料与国外不同，存在生铁杂质含量高、磷量偏高和杂质、微量元素超标的问题。国外生铁主要控制P,Mn和Ti的含量,一般来说其它微量元素均很低。我国冶炼生铁生产厂虽多，但能生产满足上述要求的生铁不多，即便国内一些优质生铁生产商，也很难将P、Ti微量元素同时控制在P﹤0.04﹪、Ti<0.04﹪范围内。(2)风机容量大型化发展趋势，使得国内风机也已经达到1-1.5MW水平，兆瓦级风机关键零部件呈厚大断面、结构复杂的特征，对于没有研发经验的我国，容易造成铸件较多的缺陷。例如轮毂，国内某厂生产1.5MW级风机轮毂最大厚度达到了120mm，重量达15吨，且整个轮毂断面厚度变化剧烈，甚至出现了同一个铸件不同部位厚度比超过2.5倍的情况，在该厂生产的轮毂中发现了一些缺陷，如石墨漂浮恶化了铸件的表面质量力学性能，碎块形石墨使得热节部位经常出现的畸变石墨，造成该部位质地疏松、特别是塑性指标明显下降。
风机关键零部件球墨铸铁件低温冲击性能中存在的上述问题，不仅涉及了铸造工艺问题，也涉及了球墨铸铁材料问题，从文献资料可知，C、Si、Mn等球墨铸铁材料中存在的主要元素对力学性能的影响规律已经研究得很清晰[21-22]，但这些元素对低温冲击性能得影响则研究得较少，且研究中虽考虑了单个元素性能的影响，各元素之间耦合作用几乎没有考虑[23]；Cu、Mo、Ni等合金元素对球墨铸铁材料的低温冲击性能研究情况与C、Si、Mn等主要元素类似，这些元素对力学性能的影响研究较多，而对低温冲击性能的影响研究较少[24-26] ，本文
作者前期研究成果表明[27]：（1）当Mn含量在0.2%～0.3 % 之间时，由于铁素体其体对Mn 的固溶作用，使Mn能均匀分布于铁素体中,而未在晶界处大量富集。从而对风电球铁的低温冲击韧性影响不大。（2）通过孕育方式适当增加铁液硅含量，可使单位面积内铁素体基体中分布着更多的石墨球，减少低温冲击时产生解理断口机率，更多的形成撕裂断口，当 Si在2.3 % 时，其低温冲击性能最佳，随着 Si 量的继续增加，风电球铁件的低
温冲击性能下降。（3)当珠光体含量在5%以下，对风电球铁的低温冲击性能的影响不明显，当珠光体量继续增加时，其低温冲击韧性下降，当珠光体含量大于12.5%时，低温冲击性能急骤下降。
综合起来，球墨铸铁材料中各主要元素、合金元素对低温冲击性能的研究存在如下共性的问题：(1)单个元素对球墨铸铁材料力学性能研究的较深入，但对低温冲击性能研究的较少，一般很少研究－20℃及附近一定温度范围内的球墨铸铁材料低温冲击性能的情况；(2)球墨铸铁材料中单个元素对其低温冲击性能的研究大多限于元素含量对脆性转变温度的影响度，较少从最低脆性转变温度及合金含量对温度变化的敏感度考虑；(3)球墨铸铁材料中各主要元素、合金元素之间形成的多因素耦合对其低温冲击性能的影响几乎没有开展；(4)各主要元素、合金元素对综合的力学性能、低温冲击性能的多性能指标的球墨铸铁材料研究尚未开展。
针对上述风机零部件球墨铸铁材料低温冲击性能中存在的问题，本项目选择兆瓦级风机关键零部件球墨铸铁铸件作为研究对象，将风机关键零部件球墨铸铁材料的低温冲击性能指标评价与分析，球墨铸铁材料成分设计与优化，合金元素对硬度、强度、韧性及低温冲击性能综合影响作为本项目的重点研究内容，为解决目前国内生产风机关键零部件球墨铸铁铸件存在的问题提供技术支撑，通过自主创新掌握核心技术，以打破国产风机关键零部件的制约、推动我国风机产业化进程。
参考文献
[1] Kosuke Kurokawa.Energy from Desert –Feasibility of Very Large Scale Photovoltaic Power Generation Systems, pp xv. 2002
[2]施鹏飞.21 世纪风力发电前景，中国电力 2000，33（9）：78-81
[3]AWEA.Wind Power Outlook 2003[EB/OL]
[4]雷亚洲,GORDONL.风力发电与电力市场.电力系统自动化,2005,29(10):1-5.
[5]易跃春.风力发电现状发展前景及市场分析.国际电力,2005,8(5):18-22.
[6] EWEA—Greenpeace.Wind Force12 [R].Brussels,2003
[7] Low Wind SpeedTechnologies Annual TurbineTechnology Update (ATTU)Process for
Land-Based, Utility-Class .TechnologiesTechnical ReportNREL/TP-500-37505 June 2005 [8] J. Charles Smith.Wind Power Impacts on ElectricPower System Operating Costs: Summary
and Perspective onWork to DatePreprint.March 2004 , NREL/CP-500-35946
[9] E. Muljadi, C.P. Butterfield. Wind Farm Power System Model Development,July 2004 ,
NREL/CP-500-36199
[10]王素霞. 国内外风力发电的情况及发展趋势.电力技术经济, 2007, 19 (1) : 29～31.
[11]周燕莉.风力发电的现状与发展趋势.甘肃科技,2008(2):9
[12]李传栻.风力发电设备的发展趋势及其对铸件的需求.中国铸造装备与技术,2007(3):2
[13]李鹏,付会敏, 江绍财.大型风电球墨铸铁件的生产实践.现代铸铁,2007(6):32
[14]罗海红.风电球墨铸铁件的研制.铸造,2007(5):32
[15]丁霖溥,大型厚壁球墨铸铁件的质量控制.铸造,1997(1):34
[16]M. Stefanescu. Fundamentals of So lidifacation of Iron2Base A lloysand Compo sites.
Technical Fo rum 61stW FC Beijing, Ch ina 1995
[17] M. Rappaz. Computer Simulation of M icro structure Fo rmation.Technical Fo rum. 61stW FC
Beijing 1995
[18]LiDianzhong etal. Proceedings of the 61stWFC Beijing: 65～74
[19]Ding Linpu. Effect of Cooling Condition on Solidification character2isties of Heavy Ductile
Iron Casting. Mechanical Engineering of China, 1991 (1) : 24～29
[20]丁霖溥等.大型球铁件的凝固和组织控制.第61届世界铸造会议壁报论文集, 1995: 25～30
[21]Ding Linpu. Microstructure Predication and Computer Simulation of Heavy Ductile Iron
Castings. Beijing. 1996
[22]陆文华,李隆盛,黄良余.铸造合金及其熔炼.北京:机械工业出版社,1997
[23]张志和,高翔.稀土镁球墨铸铁的生产和控制.铸造技术,2000(2):26～28
[24]黄汉云,宋锐华,王克谦等.现场球化处理工艺及参数.铸造技术,2003(1):56～57
[25]李德臣,朱文杰,李志江等.球墨铸铁生产技术要点.铸造技术,1999(5):33～34
[26]王智平,徐建林.造成球铁件缩孔缩松缺陷因素的研究.铸造技术,2002(5):298～300
[27]李荣德，王磊，曲迎东．兆瓦级风电球铁件低温冲击韧性影响因素．沈阳工业大学学报（已录用）．
3 学术特色，立论依据；
本项目的学术特色有：(1) 针对风机零部件中多个关键零部件共用的球墨铸铁材料冲击性能的研究是本项目的特色之一，对我国而言这是一个较为新颖的研究方向，也是目前国内风机关键零部件球墨铸铁材料铸件中低温性能不能满足要求客观存在的事实，这一问题的深入研究对于促进风电行业研发水平提高、推动产业化进程具有重要意义，对球墨铸铁材料而言，同时满足力学性能、低温冲击性能的综合性能属于材料中研究的基础问题，为其它具有低温性能要求的铸件生产也提供了技术支撑，这是本项目的学术特色之一；(2)风机零部件的低温冲击性能满足要求是风机平稳运行工作20年的重要保证之一，迄今国内尚未有风机实际运行20年的实例，因此风机零部件球墨铸铁件低温冲击性能就愈发重要，从欧洲标准EN-GJS-400-18U-LT看，低温冲击性能仅对冲击韧度作了要求，这个指标要求虽很必要，但并不足够，低温冲击韧度至多只能算低温冲击性能指标之一，本项目提出的针对风机关键零部件球墨铸铁件低温冲击性能指标评价和分析，将更加全面概括风机低温冲击性能的评价指标体系，从而较欧洲标准中单一的性能指标更加完善，成为本项目的学术特色之二。
对于兆瓦级风机，其关键零部件中轮毂、机舱底座、变桨减速机壳体、轴承座、前机舱底盘、齿轮箱壳体、偏航摩擦盘、偏航减速机壳体、发电机箱体等都为球墨铸铁材料铸件，这些铸件在1MW风机中总重量就达到了近40吨，占整个风机总重量的40％左右，故球墨铸铁材料的低温冲击性能不能被忽略，这是本项目的立论依据之一。低温冲击韧度是目前评价低温冲击性能的唯一指标，其不完善之处在于近限定在－20℃测试该值是否符合要求，至少
忽略了低温冲击韧度随温度变化的敏感性，例如温度稍微变化时，可能造成低温冲击韧度大幅度下降，而风机实际运行环境也不可能将温度绝对限定在－20℃，因此在低温冲击韧度的基础上再考虑低温冲击性能的温度敏感度可能更为合理，可见风机关键零部件球墨铸铁低温冲击性能的评价需要进一步完善，这是本项目的立论依据之二。球墨铸铁材料中主要元素、合金元素对其力学性能的影响已经研究很深入，但对其低温性能的研究得较少，一般地上述元素对这两个性能指标的影响存在矛盾之处，如元素Mn虽然对强度、硬度力学性能指标影响是正面的，但对低温冲击性能指标影响是负面的，故上述各种元素对综合的力学性能、低温冲击性能材料影响规律需要研究，这是本研究的理论依据之三。
4经济及社会效益分析
统计数据表明，未来我国每年生产的风机关键零部件球墨铸铁铸件至少25万吨，市场前景极为广阔，球墨铸铁铸件按1.3万元/吨计算，全国每年风机球墨铸铁铸件产值将达到32.5亿元，经济效益极为显著。
风力发电机组一般应有较长的运行寿命，从球墨铸铁材料角度满足风机零部件的低温冲击性能，是风机平稳运行20年的重要保证条件之一，因此本研究成果将促进现有的风机运行寿命延长，除了节省因零部件故障增加的维修、吊装费用，还将节省下的时间用于风机的实际运行，提高风能资源的利用率，为我国提供更多的绿色能源，减少可再生能源在我国能源结构中的比例，也因此减少了废气、废渣的排放，因此本研究成果应用后的社会、环境效益也十分显著。
综上所述，本项目的经济效益最为明显，同时其社会、环境效益也十分显著。
主要包括：1 具体研究内容和重点解决的关键技术问题；2 技术创新点；3 预期达到的各项技术指标
1 具体研究内容和重点解决的关键技术问题
具体研究内容：
(1) 风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能评价指标体系的分析与综合评价：在现有的低温冲击韧度指标基础上，拟新增球墨铸铁塑性－脆性转变温度、冲击功－温度行为两个新的评价指标，并通过实验数据，将3个性能指标综合处理，建立三个评价指标的共同表征的低温冲击性能；
(2) 研究C、Si、Mn等球墨铸铁材料中存在的主要元素耦合作用对其低温冲击性能的影响规律；研究Cu、Mo、Ni等合金元素单独作用及耦合作用对其低温冲击性能的影响规律；
(3) 综合研究球墨铸铁中存在的主要元素、合金元素耦合作用对球墨铸铁强度、韧性、硬度等力学性能和低温冲击性能的综合影响，获得满足欧洲的EN-GJS-400-18U-LT标准的球墨铸铁材料成分。
拟解决的关键问题：
风机关键零部件球墨铸铁材料成分设计中，获得合适范围、包括主要元素和合金元素的的球墨铸铁材料是本项目拟解决的关键问题，其中涉及了多个元素的耦合作用，同时也涉及了这些元素的组合需同时满足力学性能和低温冲击性能。
2 技术创新点
本研究的技术创新点之一是针对风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能评价指标展开研究，改变现有的对低温冲击性能仅理解为低温冲击韧度单一性能指标的认识，从而使得球墨铸铁材料低温冲击性能评价更为完善，通过建立综合的低温性能评价指标体系，将低温性能从多个角度综合评价指标，最终有效表征球墨铸铁材料的低温冲击性能。
本项目的创新点之二是开展球墨铸铁中存在的多个主要元素、合金元素耦合作用对其力学性能、低温冲击性能的综合作用影响规律，从而获得同时满足力学性能和低温冲击性能指标要求的球墨铸铁材料，为风机自然环境中运行提供满足其综合性能要求的球墨铸铁材料合适的成分。
3 预期达到的各项技术指标
在150x150x150mm试样测试分析，拟达到的各项性能满足下述要求：
(1)力学性能标：抗拉强度≥370MPa，屈服强度≥220MPa，延伸率≥12%；
(2)建立综合表征低温冲击性能的数学表模型，该模型中体现的单个低温冲击性能指标分项满足：(a)V型缺口-20℃下3次冲击平均值≥10J，其中最低值≥7J；(b)脆性－塑性转变温度低于-25℃；(c)冲击功－温度变化曲线在-20℃（±5）范围内的斜率小于0.5。
主要包括：1 方案的可行性论证；2 研究方法和技术路线；3 总体安排进度；4 可能遇到的问题和解决方法；
1 方案的可行性论证
本项目的主要研究内容有3个，现从技术角度论述其可行性：
针对风机关键零部件球墨铸铁材料的低温冲击性能指标评价与分析，在低温韧度性能指标基础上，拟新增本球墨铸铁塑性－脆性转变温度、冲击功－温度行为两个新的评价指标，这两个指标的测试手段具备，能够获得低温冲击性能的相关数据，通过对这些数据进行深入分析、研究，能够掌握不同阶段、不同范围内三个性能指标对球墨铸铁低温冲击性能的综合影响，从而决定不同环境、不同条件下球墨铸铁材料低温冲击性能应由哪些单项低温性能指标表征，可见完成风机关键零部件球墨铸铁材料的低温冲击性能指标评价与分析是可行的。
针对主要元素、合金元素对球墨铸铁低温冲击性能的研究，由于其中的一些元素对球墨铸铁材料低温冲击性能影响已经掌握，所以主要了解这些元素耦合作用对低温冲击性能的影响。由于对于球墨铸铁材料低温冲击性能有影响的元素范围可通过文献资料确定，余下的工作只是在确定这些元素的添加量，在一定范围内采用正交试验设计方法，能够在较少试验量的情况下掌握各元素对球墨铸铁低温冲击性能的影响程度，从而确定多个元素耦合作用对球墨铸铁材料的低温冲击性能的影响规律，可见完成本项研究内容也是可行的。
针对各元素对综合的低温冲击性能、力学性能研究，有了第二项内容的研究成果，完成该部分研究内容不存在任何问题，因为各主要元素、合金元素对球墨铸铁力学性能的影响规律目前已经掌握的较为成熟，而各元素耦合作用对球墨铸铁低温冲击性能研究也可从第二项研究内容获得，只要在上述研究成果中寻找交集，即可获得各元素耦合作用对综合的力学性能、低温冲击性能的影响规律，从而获得与欧洲标准相符的、同时满足力学性能和低温冲击性能的球墨铸铁材料成分，可见完成本项研究内容也是可行的。
此外，本课题组一直从事球墨铸铁合金材料的研究，在该方向具有深厚的研究基础和开发经验，目前已经发表相关论文50余篇，获得辽宁省科技奖3项、受资助的课题2项。课题组主要成员有全国铸造学会理事长李荣德教授，整个研究队伍主要成员均属于辽宁省创新团队“铸造合金净终成形理论与技术”的骨干成员，而本团队依托辽宁省高校“轻金属材料与工程重点实验室”，能够为本项目研究提供所需的试验条件和研究手段。
总之，从技术角度本项目拟攻关的内容既有相关的理论研究基础、也有实际的成功案例借鉴；本课题组具有开展本项目的经验、能力、队伍、试验条件，因此实现本项目的研究目标是可行的。
2 研究方法和技术路线
研究方法：
(1) 采用专家咨询法和试验总结法，从风机零部件应用角度确定风机零部件球墨铸铁材料的低温冲击性能的多个单项指标，然后借助模糊理论分析不同温度范围、各个单项低温性能指标对低温冲击性能的整体贡献度，从而建立球墨铸铁材料的低温冲击性能综合评
价指标体系；
(2) 粗略确定球墨铸铁材料的主要元素、合金元素种类和范围，利用正交设计方法，设计包括各主要元素、合金元素的不同球墨铸铁成分，然后利用试验法考察各元素对低温冲击性能的影响程度，找出影响球墨铸铁材料低温冲击性能较重要的元素，并确定其成分含量范围；
(3) 利用比照法，从满足低温冲击性能的主要元素、合金元素中，找出与力学性能影响程度较大的重叠元素，然后采用试验法确定这些元素对力学性能、低温冲击性能的影响，最终确定满足综合性能的主要元素、合金元素质量和范围；
技术路线：
3 总体安排进度
2010.1 – 2010.3 进行调研，确定兆瓦级风机关键零部件球墨铸铁材料中可能添
加的主要元素、合金元素的种类和粗略的范围；
2010.3 – 2010.6 进行风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能的评价指标组
成及各个单项性能指标的分析及评价，并确定综合的低温冲击
性能评价规则；
2010.12- 2011.12 进行各元素球墨铸铁低温冲击性能影响的研究，确定影响球墨
铸铁低温性能的主要、合金元素的种类和含量范围；
2011.12 – 2012.6 在上述主要、合金元素的含量范围基础上，考察各主要元素、球墨铸铁材料
模糊理论 球墨铸铁材料低温冲击性能指标 主要元素、合金元素种类、范围初选 咨询专家 经验总结 正交设计 确定满足低温冲击性能的主要元素、合金元素范围 低温冲击性能试从满足低温冲击性能的各元素中找出对力学性能较为重要的元素 低温性能试验 获得同时满足力学性能、低温性能的的主要、合金元素种类和含量范获得满足风机关键零部件低温冲击性能的球墨铸铁材料
力学性能试验
合金元素对力学性能的影响，获得同时满足低温冲击性能、力
学性能的合适的球墨铸铁材料；
2012.6 – 2012.12 研究工作的总结分析，撰写论文，准备结题；
4 可能遇到的问题和解决方法
球墨铸铁中的主要元素、合金元素对低温冲击性能、力学性能影响可能存在相反的影响方向，如元素Mn含量的增加虽然对提高力学性能是有利的，但却降低了其低温冲击性能，因此本研究在初选主要元素、合金元素种类时范围尽可能大些，同时通过试验中各元素耦合作用分析，解决这一问题。
五、预期研究成果及预期应用前景
预期研究成果及成果提供形式
[1]获得满足兆瓦级风机关键零部件综合性能（力学性能、低温冲击性能）要求的球墨铸铁材料；
[2]掌握球墨铸铁材料低温冲击性能更为全面的评价体系和评价标准；
[3]提交研究工作技术报告1份；
[4]发表高水平的学术论文5-8篇，其中被SCI、EI检索的论文3篇以上；
[5]培养硕士生3名；
预期应用前景
国家发改委于2008年3月发布《可再生能源发展“十一五”规划》，预计到2010年，全国可再生能源中风电总装机容量达到1000万千瓦，这一指标已于2009年提前、超额完成；到2015年之前，风力发电装机容量将达到3000万千瓦，可见我国风电市场发展前景极为广阔。按照国家发改委的数据预测，到2015年我国风力发电装机总量仍有近2600万千瓦的潜力。
据欧洲风力协会等单位估算，每增加6000MW风力发电机组，约需球墨铸铁件铸件10万吨/年，可见我国未来6年内风机零部件总计需要铸件100万吨左右，平均每年约16万吨；此外，作为世界加工制造中心，由于Vestas、GE等世界风机制造商也将部分风机零部件铸件的生产任务交付我国，其球墨铸铁铸件总重据估算每年约9万吨，这一数据是按目前的实际情况估算的，随着世界风能市场的扩大，世界上其他国家交由我国生产的铸件吨数应呈逐年增大的趋势。可见，由我国每年生产的风机领关键零部件球墨铸铁铸件至少25万吨，市场前景极为广阔。
六、研究工作基础和条件
主要包括：1、负责人的科研概况；2、与本项目有关的前期研究工作基础、阶段性成果（附证明材料）；3、实验室仪器、设备条件。
1、负责人的科研概况
张国宏，男，1971年生，副教授，硕士，目前在沈阳工业大学材料加工工程专业攻读博士学位。现为沈阳工业大学轻金属重点实验室成员。连续5年院聘关键岗位，曾从事先进制造技术、虚拟制造技术等方面的研究工作。目前从事的研究方向有：铝铁合金新材料的凝固理论研究，铸铁材料凝固理论和微观组织性能研究，挤压铸造金属凝固过程数值模拟的研究。
虚拟制造技术应用在教学方面、在机械制图教学中使用数字化模型教具，完全取代传统的实物模型教具，改变了传统教学模式，降低教学成本，提高了教学质量。虚拟制造技术应用于沈阳工业大学辽阳校区体育场(500万)的设计中，使得设计方案的确定更加直观。节约了项目建设时间与成本。公开出版过教材2本，校内教材9本，其中两本获校优秀教材三等奖；在国家级学术刊物上发表过10多篇学术论文。获校一等奖1次、二等奖1次、三等奖3次，所指导挑战杯“数字教学模型的研究与实现”课题组获得校一等奖。
2、与本项目有关的前期研究工作基础、阶段性成果（附证明材料）；
针对风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能进行了前期研究工作，获得了初步研究成果。（1）当Mn含量在0.2%～0.3%之间时，由于铁素体其体对Mn的固溶作用，使Mn 能均匀分布于铁素体中,而未在晶界处大量富集。从而对风电球铁的低温冲击韧性影响不大。（2）通过孕育方式适当增加铁液硅含量，可使单位面积内铁素体基体中分布着更多的石墨球，减少低温冲击时产生解理断口机率，更多的形成撕裂断口，当Si在2.3%时，其低温冲击性能最佳，随着Si量的继续增加，风电球铁件的低温冲击性能下降。（3)当珠光体含量在5%以下，对风电球铁的低温冲击性能的影响不明显，当珠光体量继续增加时，其低温冲击韧性下降，当珠光体含量大于12.5%时，低温冲击性能急骤下降。
对于球墨铸铁材料应全面、严格控制化学成分，为此，硅和磷要调整到很低，合金元素含量要低，而球化率要高，铁液温度不宜过高，高温保温时间不宜过长，以防止一些金属氧化物的还原。出铁前3-5分钟进行预调节(pre-conditioning)处理。进行合理的孕育过程，采用霎时孕育。表1中列出了风机零部件球墨铸铁材料前期研究成果，从数据上看，试验1、3成分对应的力学性能较好，屈服强度、抗拉强度数值较大，但实验1对应的延伸率稍低，另外，实验1、3对应的低温冲击功（3组结果）指标并不理想，没有达到欧洲标准规定的冲击功值。实验2、4对应的力学性能整体稍差，屈服强度、抗拉强度数值较小，但延伸率令人满意，另外，实验2、4成分对应的低温冲击功值很高，达到欧洲标准的要求。表1中数据表明，为使风机零部件球墨铸铁材料具有综合的、力学性能及低温冲击性能，应进一步进行球墨铸铁材料的设计与优化。
表1 兆瓦级风机关键零部件球墨铸铁材料性能与成分关系（前期工作研究成果）
序号
成分力学性能低温冲击功/J Si Mn P S Re Mg
屈服强
度/MPa
抗拉强
度/MPa
延伸率
%
1 2 3
1 2.23 0.24 0.03
2 0.009 0.01 0.032 246 399 19.4 5 5.9 7
2 2.26 0.22 0.02
3 0.009 0.01 0.033 231 376 22.3 11.8 12.1 9
3 2.05 0.20 0.02
4 0.007 0.01 0.032 240 387 23.6 8.9 8 8
4 2.12 0.23 0.04 0.008 0.01 0.032 230 377 22.
5 13 10 9
附件证明材料：
(1)李荣德，王磊，曲迎东．兆瓦级风电球铁件低温冲击韧性影响因素．沈阳工业大学学报（已录用）．
(2)张国宏，李晓利．数字教学模型在机械制图教学中的应用．中国高新技术企业．2007，（09）67，74
(3)刘长军，张国宏．球罐的焊接工艺研究．中国高新技术企业．中国高新技术企业 2008，（03）93，104
(4)李荣德，周振平，于宝义，等. 铝铁合金新材料的凝固学基本问题研究，辽宁省自然科学二等奖，2004.12
(5)周振平，李荣德. Al-5%Fe合金的悬浮铸造，中国铸造装备与技术，2007，（4）：11～12
(6)周振平，李荣德，马建超，袁晓光. Cr对Al-5%Fe合金中初生Al_3Fe相形貌的影响, 材料工程，2006(S1):11～32(EI)
(7)周振平，李荣德，马建超.熔体混合对Al-5%Fe合金组织的影响,航空材料学报，2005,25(4):6～9(EI)
(8)周振平，李荣德,Mn和Mg对Al-5Fe合金初生Al3Fe相形貌的影响,金属学报，2003，39（6）：608～612 (EI、SCI)
(9)李荣德，周振平，白彦华，于海朋.Mg对铸造Al-10％Fe合金初生富铁相形貌的影响,机械工程学报，2003，39（5）：32～35 (EI)
(10)Li Rongde, Zhou Zhenping. Numerical modelling of microstructure forming process for Al-Al3Fe eutectic alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2003, 13(4): 849～854 (EI、SCI)
3、实验室仪器、设备条件
本项目研究将依托两个重点实验室：“轻金属材料与工程重点实验室”为本项目提供充足的试验条件，该实验室拥有进行球墨铸铁材料研究实验设备，包括真空熔炼、保温、浇铸设备，及用于球墨铸铁铸件组织、性能测试的相关实验设备。此外，依托本校建设的“辽宁省风力发电技术重点实验室”中的仪器设备也可为本项目共享，该实验室已设计的3MW 风机关键零部件资料可为本研究提供参考和借鉴。本研究可共享的实验设备及材料测试仪器如下：
(1)合金熔化设备：15KW 、30KW井式甘锅电阻炉，100KW真空感应炉及浇注设备；
(2)力学性能检测：600KN电子拉伸试验机、300KN万能试验机、冲击试验机；
(3)组织分析：化学分析手段、扫描电镜、投射电镜、X射线衍射仪、定量金相显微镜、高温金相显微镜；金属材料超声波探伤仪器；
(4)微量成分分析：原子吸收光谱；
(5)热分析设备：差热分析DTA；
(6)国产500吨立式液压机1台（YH61-5000）
七、申请课题经费预算金额单位：万元
经费合计申请资助经
费
单位匹配经费自筹经费
20 20 20
预算支出
经费项目
金额计算根据资料、调研费 2.0 文献资料检索，论文复印，调研费用、外出实验费用合金原料费 6.0 购买纯Fe、Zn、Cu、Mo、Ni合金原料
辅助试验材料 2.0 球化剂、孕育剂、型砂等材料
动力能源费 2.0 熔炼、喷射成形实验耗能费用
力学、低温性能测
试
8.0 测试强度、硬度、韧性、低温韧度等
微观组织测试 4.0 扫描电镜、透射电镜测试石墨球、基体组织等模具7.0 模具设计、加工费用试样加工费 2.0 试样线切割、机械加工
论文版面费 1.5 论文评审、发表版面费
会议差旅费 2.0 参加国内外学术会议3-4次鉴定费 1.5 结题鉴定费用
劳务费 2.0 研究生科研劳务费用合计40
需要说明的问题：（资助经费达不到预算经费，是否能按计划完成研究内容）
当资助经费达不到预算经费时，可以通过减少会议差旅费等非实验性费用开支节省科研经费，以保证项目顺利进行；另外，也可通过将其它科研项目节余经费借用到本项目的研究中，或可通过与企业合作的横向课题经费以自筹的方式补充本研究中。总之，在资助经费达不到预算经费的情况下，课题组也将保证按计划顺利地完成本申请项目的各项研究
内容。
八、推荐意见
协作单位意见：（1、具体协作内容；2、协作单位能够提供的条件）
单位公章年月日实验室主任 (创新团队带头人)意见：
兆瓦级风机关键零部件球墨铸铁材料低温冲击性能的研究选题方向正确，学术思想新颖，是绿色能源利用领域的前沿性课题，对自主研发掌握满足相关性能的风机关键零部件球墨铸铁材料具有重要的科学和应用价值，为东北老工业基地众多进入风机领域的大型风机生产企业有效地提供了技术支撑；另外，该项目自主创新技术较多，能有效提升我国在风机关键零部件球墨铸铁件生产的竞争力，同时扩大国内风机产业化的范围和提升风机研发生产水平。
课题负责人张国宏是本团队青年骨干成员，长期以来一直从事铸造合金及工艺方向的研究，迄今已参与包括国家自然科学基金在内的多项科研项目，并在该方向取得了很多研究成果，能够自主、创新地完成计划书中各项研究内容。
同意申请辽宁省教育厅创新团队项目。
签字：年月日申报单位意见：（申请评审书填写内容是否属实；项目负责人和主要参加者的政治、业务素质是否适合承担本项目研究；能否提供项目完成所需时间、条件；是否同意承担本项目管理和信誉保证。）
已对申请书内容进行了审核，申请书中各项内容准确翔实，项目负责人具有坚实宽广的理论基础和学科发展前沿的丰富知识，具有优秀的科研素质和严谨学风，具备了很强的独立从事科研工作的能力，能够高水平地完成本项目的各项科研工作。学校将保证项目实施的人力、物力和工作时间等条件，并按1：1比例给予经费匹配；严格执行辽宁省教育厅基金项目的管理的有关规定；督促项目负责人和本单位项目管理部门按规定及时保送有关报表和材料。
同意申请辽宁省教育厅创新团队项目。
单位公章年月日专家评审意见：
第一章 材料的力学性能试验 材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验，它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数，便于合理地使用材料，保证机器（结构）及其零件（构件）的安全工作。 材料的力学性能试验必须按照国家标准进行。 第一节 拉伸试验 一、实验目的 1.验证胡克定律，测定低碳钢的弹性常数：弹性模量E 。 2.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力s σ和抗拉强度b σ。 3.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。 4.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度b σ。 5.绘制低碳钢和灰铸铁的拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.万能试验机。 2.引伸仪。 3.游标卡尺。 三、实验试样 按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 如图1-1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分
组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或 d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。 （a ） （b ） 图1-1 拉伸试样 （a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样 四、实验原理与方法 1.测定低碳钢的弹性常数 实验时，先把试样安装在万能试验机上，再在试样的中部装上引伸仪，并将指针调整到0，用于测量试样中部0l 长度（引伸仪两刀刃间的距离）内的微小变形。开动万能试验机，预加一定的初载荷（可取kN 4），同时读取引伸仪的初读数。 为了验证载荷与变形之间成正比的关系，在弹性范围内（根据A ?P σ求出的最大弹性载荷不超过kN 14）采用等量逐级加载方法，每次递加同样大小的载荷增量F ?（可选kN 2=?F ），在引伸仪上读取相应的变形量。若每次的变形增量大致相等，则说明载荷与变形成正比关系，即验证了胡克定律。弹性模量E 可按下式算出 l A l F E ????=
1.泵与风机的基本性能参数。 2. 离心式叶轮按出口安装角β2y的大小可分为三种型式。 3、泵与风机的损失主要。 4、离心式泵结构的主要部件。 5、轴流式通风机的主要部件。 1．泵与风机的性能曲线主要包括（）。 A扬程与流量、B轴功率与流量、C效率与流量。 2.泵与风机管路系统能头由（）项组成。 A流体位能的增加值、B流体压能的增加值、C各项损失的总和。 3、通风机性能试验需要测量的数据（）。 A压强、B流量、C功率、D、转速、E 温度。 4、火力发电厂常用的叶片泵（） A给水泵、B循环水泵、C 凝结水泵、D 灰渣泵。 5、泵与风机非变速调节的方式。（） A节流调节、B分流调节、C前导叶调节、E 动叶调节。 1.简述离心式泵与风机的工作原理 2. 影响泵与风机运行工况点变化的因素 3、泵与风机串并联的目的 4、比转速有哪些用途 1.有一单吸单级小型卧式离心泵，流量q v=68m3/h,NPSH c=2m,从封闭容器中抽送温度400C的清水，容器中液面压强为,吸入管路总的流动损失Σh w=，试求该泵的允许几何安装高度是多少（水在400C时的密度为992kg/m3。对应的饱和蒸汽压强7374Pa。）
2.有一输送冷水的离心泵，当转速为1450r/min时，流量q v=s，扬程H=70m，此时所需的轴功率P sh=1100KW，容积效率ηv=，机械效率ηm=，求流动效率为多少（已知水的密度ρ=1000kg/m3）。 1、试分析启动后水泵不输水（或风机不输风）的原因及解决措施 2.试分析泵与风机产生振动的原因 1、液力偶合器的主要部件，变速调节特点，性能特性参数，在火力电厂中的优点
材料力学性能实验指导书（材料成型及控制工程专业） 张学萍 沈阳理工大学 二零一二年三月
目录 实验一硬度实验......................................................................... (3)
前言 《材料力学性能》这门课的实验是该课的重要组成部分，是该理论课的基础，正确地掌握实验的理论和方法，对提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要意义。 编写本实验指导书，是根据《材料力学性能》教学大纲及教材的有关内容、又根据我院设备、仪器实际情况编写的，这样，与教材的内容相一致，便于安排实验教学。 本实验指导书适用于：材料成型及控制工程专业 编者 2012 年3月
实验一硬度实验 一.实验目的 1.掌握洛氏、布氏硬度的基本原理及测试方法。 2.根据材料的性质正确选择硬度计类型及压入条件。 3.熟悉各种硬度值之间的换算。 二、实验内容 用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度；用布氏硬度计测定45刚退火后的硬度。 三、概述 硬度试验操作简便，对工件损伤小，可在零件上直接测试，故在生产实践中应用很普遍。 硬度所表征的不是一个确定的物理量，它是衡量材料软硬程度的一种性能指标。硬度值的意义随试验方法而不同。硬度试验基本上可分为压入法和刻划法。对于以压入法进行的硬度试验，其硬度值是表示材料抵抗另一物体压入其表面的能力，洛氏、布氏和维氏硬度都属于压入法硬度试验。 （一）洛氏硬度试验法。 1.洛氏硬度是以压痕的深度来表示 材料的硬度值。图1-1为洛氏硬度试验 原理图。 测试洛氏硬度时，用规定的压头， 先后施加两个负荷：预负荷F0和主负 荷F1。总负荷F= F0+F1。图1-1中， 0-0位置为未加负荷时的压头位置；l-l 位置为施加10kg预负荷后的位置，压 入深度为h1；2-2位置为加上主负荷后 的位置，此时压入深度为h2；3-3位置图1-1 洛氏硬度试验原理 为卸除主负荷后由于弹性变形的恢复而 使压头略微提高的位置，此时压头的实际压入深度为h3。由主负荷引起的残余压入深度h=h3-h1，用此来衡量金属硬度值的大小。若直接用h来表示硬度，则会出现硬的金
通风机安全检测检验方案 山西公信安全技术有限公司 二〇一八年六月二十一日
通风机安全检测检验方案 为搞好通风管理、确保通风机装置安全、经济运行提供科学的依据，依据《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》AQ1011-2005的规定要求，山西公信安全技术有限公司受炭窑坪煤业有限公司委托对该矿主通风机不同角度（+2.5，-2.5，0,+5，-5）进行安全检测检验。经现场查看和矿方对检测检验的要求，制订本方案。 一、确定通风网络的组成 本次通风机安全检测检验是在由防爆门、回风井、风硐、通风机、扩散器等部分组成可供调节的通风网络。 二、检测项目及测点布置 1.风压 利用风机现有静压测孔，接上矿井通风参数测定仪，直接测定各调节点的相对静压值。 位置：风机集流器处 形状：圆形 2.风量测定 在扩散器风流出口处安装智能测试风杯，测量风速。 3.电气参数 在主通风机电控柜的二次测线路中接入电动机经济运行测试仪，测取电动机的输入功率、电压、电流、功率因数等电气参数。 4.空气密度 用矿井通风参数仪测定风机房阴凉处的大气压力，用温湿度计在
风流出口处测取风流的温湿度，计算各调节工况点空气密度。 5.噪声 在距离通风机扩散器45°方向的3.4m处、离地高度1m处用声级计测取扩散器的A声级噪声。距通风机电机外壳1m外测量机壳辐射噪声。 6．转速 参照额定转速。 7．振动 用便携式测振仪在通风机直接与坚硬基础紧固连接处测量风机的振动。 8．轴承温度 利用矿方现有传感器直接读取数值。 9. 叶片径向间隙 用塞尺在主通风机叶片与机壳（或保护圈）的间隙处测量该间隙值。 三、测定条件 1.装置完好条件： ①测定前应检查通风机、电动机各零部件是否齐全，装配是否紧固，运行是否正常，备用风机确保在10分钟内启动，以保障在测定过程中通风机能安全运行。 ②通风机进风口或出风口至风量、风压测定断面之间应无明显漏风，以确保测定工作的准确性。
实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能 一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ψ。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l F ?-曲线）。 二、仪器设备 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。 三、实验原理简要 材料的力学性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷s F 时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷s F ，继续加载，测得最大载荷b F 。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂。 铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。 四、实验过程和步骤 1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。 2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。 3、 按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操 作要求见万能试验机使用说明。 4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的l F ?-曲线显示在微机显示屏 上。从低碳钢的l F ?-曲线上读取s F 、b F 值，从铸铁的l F ?-曲线上读取b F 值。 5、 测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。 6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l 。 7、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。
风机性能试验 一、测量参数及测点布置 1、风机静压测量：（测点位置参考西安院在成都轴流风机所做试验报告） 引、送风机的进口静压测点均布置于各风机进风箱进口法兰略上的矩形直管段上，每个侧壁面中心线处各设一个静压测点，每台风机共设置4个进口静压测点。 引、送风机的出口静压测点布置于各风机扩压筒出口法兰略前的圆形管段上，每台风机沿圆周方向均匀布置3个静压测点。 一次风机进口静压测点布置于进口风门下部, 每个侧壁面中心线处各设一个静压测点,共设置4个进口静压测点。出口静压测点可利用现有标定孔测量。 附图1 1、1压力测孔内径d=2～3mm，最大不超过5mm，外部短导管内径为2～2.5d。见附图1。 1、2介质温度测点采用流量测量截面的测点。 2、流量测量 2、1测量截面布置：（测点位置参考西安院在成都轴流风机所做试验报告） 引风机的流量测量截面布置于引风机进气箱略前的收敛管段上，每台风机设置10个流量测孔。 送风机的流量测量截面布置于送风机进气箱略前的收敛管段上，每台风机设置8个流量测孔。我厂靠背管加长杆接头外径为32 φmm,引风机处测孔孔径应取不小于50 φmm。管座加工见附图。
一次风机流量测量可利用现有标定孔测量 附图2：点1和点2处分别为风机入口平面与出口平面。 2、2流量测量项目及公式 2、2、1风机流量ρ νd A p 2q ? = q V =为测量截面处流量,m 3/s ，A=截面面积m 2，ρ=流量测量截面处介质密度kg/m 3， P d =流量测量截面处平均动压,Pa 。 或风机流量q V =A ×ν q V =测量截面处流量m 3/s ，ν=测量截面处气流平均速度,m 3/s ，A=测量截面面积m 2 式中101325 273273 293.1s a p p t +?+? =ρ Pa=当地大气压Pa ，Ps=测量截面处静压Pa ，t 为流量测量截面处介质温度℃。 2、2、2风机全压()??? ? ? ?-+-=222 1122212νρνρs s p p P 式中P =风机全压Pa ，1s p =点1处静压Pa ，2s p =点2处静压Pa ，1ν=点1处气流速度，点2处气流速度2ν= 2 2ρA q m m/s 。m q =1A 1d 2ρP kg/s 2、2、3风机功率K/1000P ×q ?=νt P KW K=气体可压缩系数约为0.96,P =风机全压Pa,νq =风机容积流量m 3/s 2、2、4风机轴功率tr P P η0a = a P =风机轴功率，mot UI P ?ηcos 30=，tr η=传输效率%，直连时tr η=1。 0P =电动机输出功率，?cos =电动机功率因数，mot η=电动机效率。
静拉伸试验 一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备 微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样 本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。 四、实验原理 按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。 试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。 脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远 小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10 l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备 用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：
篇一：材料力学实验报告答案 材料力学实验报告 评分标准拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（p－δl曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm 三、实验数据（2分） 四、实验结果处理（4分） ?s??b? psa0pba0 ＝300mpa 左右＝420mpa 左右 ＝20～30％左右＝60～75％左右 ?? l1?l0 ?100％ l0a0?a1 ?100％ a0 ?＝ 五、回答下列问题（2分，每题0.5分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同？为什么？相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机（0.5分） 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm （0.5分） 三、实验数据（1分）四、实验结果处理（2分） ?b? pb =740mpaa0 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫？
材料力学性能拉伸试验报告 材化08 李文迪 40860044
[试验目的] 1. 测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能。 2. 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。 [试验材料] 通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作，测试过程执行GB/T228-2002:金属材料室温拉伸试验方法： 1.1试验材料：退火低碳钢，正火低碳钢，淬火低碳钢的R4标准试样各一个。 1.2热处理状态及组织性能特点简述： 1.2.1退火低碳钢：将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均匀 的冷却称为退火。 特点：退火可以降低硬度，使材料便于切削加工，并使钢的晶粒细化，消除应力。1.2.2正火低碳钢：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温后在空气中冷却称为正 火。 特点：许多碳素钢和合金钢正火后，各项机械性能均较好，可以细化晶粒。 1.2.3淬火低碳钢：对于亚共析钢，即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃，在此 温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却（水冷或油冷），使奥氏体来不及分解而形成马氏体组织，称为淬火。 特点：硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件。 1.3试样规格尺寸：采用R4试样。 参数如下：
1.4公差要求 [试验原理] 1.原理简介：材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，由试验可知弹性阶段 卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。当负荷增加到一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台，即荷载不增加的情况下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。此时可记录下屈服强度R 。当屈服到一定 eL 程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。此阶段：强化后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。但是断裂后的残余变形比原来降低了。这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象称为冷作硬化。当荷载达到最大值Rm后，试样的某一部位截面开始急剧缩小致使载荷下降,至到断裂。 [试验设备与仪器] 1.1试验中需要测得： （1）连续测量加载过程中的载荷R和试样上某段的伸长量（Lu-Lo）数据。（有万能材料试验机给出应力-应变曲线） （2）两个个直接测量量：试样标距的长度 L o；直径 d。 1.2试样标距长度与直径精度：由于两者为直接测量量，工具为游标卡尺，最高精度为 0.02mm。 1.3检测工具：万能材料试验机 WDW-200D。载荷传感器，0.5级。引伸计，0.5级。 注1：应力值并非试验机直接给出，由载荷传感器直接测量施加的载荷值，进而转化成工程应力，0.5级，即精确至载荷传感器满量程的1/500。 注2：连续测试试样上某段的伸长量由引伸计完成，0.5级，即至引伸计满量程的1/50。
风机的八个主要性能参数 文件描叙： 风机的八个主要性能参数 风机的型号、规格千差万别，纷繁复杂，但是风机的本质不同与区别在于风机的主要性能参数，只要我们首先搞清楚这些性能参数的不同，对于我们了解风机和现实风机设备的选型具有很大帮助作用。那么，风机有那些主要性能参数呢？这主要包括：流量、压力、气体介质、转速、功率。下面一一分别介绍： 1. 流量 风机的流量是用出气流量换算成其进气状态的结果来表示的，通常以m3/h、m3/min表示。但在进出口压比为1.03以下（比如通风机范畴的风机）时，通常将出气风量看作为进气流量相同。在化学工业等领域中，以m3/h（常温常压）来表示的情况居多，它是将流量换算成标准状态，即摄氏0度、0.1MPa干燥状态。另外有时还以质量m按Kg/s来表示的。 流量亦称为气体量或空气量。将出气流量Q(出)换算成进气流量Q(进)，可按下来公式计算： Q(进)＝Q(出)×出气气体密度(kg/m3)/进气气体的密度(kg/m3) 将标准状态的流量Q(标准，m3/h,常温常压)换算成进气流量Q(进，m3/min)，可按下列公式计算： Q(进)＝Q(标准)×P(进气气体绝对压力，Pa)/(P(进气气体绝对压力，Pa)-S(相对湿度)×P(水蒸气饱和压力，Pa))×T(进气气体的热力学温度K)/273 2. 压力 为进行正常通风，需要有克服管道阻力的压力，风机则必须产生出这种压力。风机的压力分为静压、动压、全压三种形式。其中，克服前述送风阻力的压力为静压；把气体流动中所需动能转换成压力的形式为动压，实际中，为实现送风目的，就需有静压和动压。 静压：为气体对平行于气流的物体表面作用的压力，它是通过垂直于其表面的孔测量出来的。 动压＝气体密度(kg/m3)×气体速度的平方(m/s)/2; 全压＝静压+动压 风机的全压：是指风机所给定的全压增加量，即风机的出口和进口之间的全压之差。 3. 功率 风机的原动力（通常是电机或柴油机等）传递给风机轴上的功率为风机的轴功率
材料 学性能实院系：材料学院姓名：王丽朦学号：200767027 验报力告 实验目的： 通过拉伸试验掌握测量屈服强度，断裂强度，试样伸长率，界面收缩率的方法；通过缺口拉伸试验来测试缺口对工件性能的相关影响； 通过冲击试验来测量材料的冲击韧性； 综合各项试验结果，来分析工件的各项性能； 通过本实验来验证材料力学性能课程中的相关结论，同时巩固知识点，进一步深刻理解相关知识； 实验原理： 1)屈服强度 金属材料拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观的塑性变形的一种标志。弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡，表现在试验过程中的现象为，外力不增加即保持恒定试样仍能继续伸长，或外力增加到某一数值是突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记作σs； 屈服现象与三个因素有关：(1)材料变形前可动位错密度很小或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所钉扎；(2)随塑性变形发生，位错快速增殖；(3)位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。影响屈服强度的因素有很多，大致可分为内因和外因。 内因包括：金属本性及晶格类型的影响；晶界大小和亚结构的影响；还有溶质元素和第二相的影响等等。通过对内因的分析可表征，金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺都可使屈服强度产生明显变化。 外因包括：温度、应变速率和应力状态等等。总之，金属材料的屈服强度即受各种内在因素的影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根据人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。 2)缺口效应 由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的“缺口效应”，从而影响金属材料的力学性能。 缺口的第一个效应是引起应力集中，并改变了缺口前方的应力状态，使缺口试样或机件所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态，也就是出现了σx（平面应力状态）或σy与σz（平面应变状态），这要视板厚或直径而定。
风机的性能参数及工作原理 风机的使用我们都不陌生，生活中对于风机的使用也只是局限在为温室或工厂中，主要作用是做好通风的设备，对于风机自身的性能参数没有做过了解。风机的型号、规格千差万别，纷繁复杂，但是风机的本质不同与区别在于风机的主要性能参数常见的是厂房的通风口就是采用轴流风机，室外机一般采用此种方式。此外，还有一种风机是混流式，用的比较少那么，今天我们就一起了来了了解下风机究竟是怎么工作的吧。 #详情查看#【风机】 【风机的性能参数】 生产车间里我们常见的风机有引风机、送风机、一次风机、密封风机，火检冷却风机等，这些风机一般都采用的是离心式风机，以获得较高的风压。离心风机是轴向进风，径向出风，静压较大，室内机一般采用此种方式。还有采用的是轴流风机，轴流风机气流沿着风机轴向流动，常见的是厂房的通风口就是采用轴流风机，室外机一般采用此种方式。此外，还有一种风机是混流式，用的比较少。
2、风机的主要性能参 风机的型号、规格千差万别，纷繁复杂，但是风机的本质不同与区别在于风机的主要性能参数。只要我们首先搞清楚这些性能参数的不同，对于我们了解风机和现实风机设备的选型具有很大帮助作用。那么风机有那些主要性能参数呢？这主要包括流量、压力、气体介质、转速、功率。 (1)流量 风机的流量是用出气流量换算成其进气状态的结果来表示的，通常以m3/h、m3/min表示。但在进出口压比为1.03 以下（比如通风机 范畴的风机）时， 通常将出气风量 看作为进气流量 相同。 流量亦称为气体 量或空气量。将出 气流量Q(出)换算 成进气流量Q(进)可按下来公式计算： Q(进)=Q(出)×出气气体密度(kg/m3)/进气气体的密度(kg/m3) 将标准状态的流量Q(标准m3/h,常温常压)换算成进气流量Q(进，m3/min)，可按下列公式计算：Q(进)=Q(标准)×P(进气气体压力，Pa)/(P(进气气体压力，Pa)-S(相对湿度)×P(水蒸气饱和压力，Pa))×T(进气气体的热力学温度K)/273 (2)压力 为进行正常通风需要有克服管道阻力的压力风机则需产生出这种压力。风机的压力分为静压、动压、全压三种形式。其中克服前述送风阻力的压力为静压，把气体流动中所需动能转换成压力的形式为动压，实际中为实现送风目的，就需有静压和动压。
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___ 指导教师签字：成绩： 实验一金属拉伸实验 Metal Tensile Test 一、实验目的Experiment Objective 1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率 φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。 3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。 二、实验概述Experiment Summary 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。 三、实验用设备The Equipment of Experiment 拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力
实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。 （一）加载部分The Part of Applied load 这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。 当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。 （二）测力部分The Part of Measuring Force 加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。 四、试样Sample 拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。 图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸
一、主机概况: 数据单位名称参数说明 77 [m] 风轮风轮直径 3 [-] 叶片数目 80 [m] 轮毂中心高 78 [m]63 塔高 3.7 [deg] 叶片安装角桨叶和变距之间的参考线相对于风轴回转平面的角 0 [deg] 叶片回转锥角叶片回转锥角 4 [deg] 仰角主轴和水平面的夹角 3668 [m] 风轮中心到塔心的距离凤轮回转中心和塔筒中心线的水平距离 0 [m] 侧偏移(主轴到塔心) 主轴和塔轴的水平偏差 Clockwise [-] 风轮自转方向(顺时针/逆时针) 当从上风向向风机看时,风机顺时针或逆时针转12000 [kg] 轮毂轮毂质量不含桨叶 0.05 [m] 轮毂重心从主轴和叶片轴的交点到轮毂质量中心的距离 14600 [kgm2] 轮毂转动惯量(x轴) 16640 [kgm2] 轮毂转动惯量(y轴) 16640 [kgm2] 轮毂转动惯量(z轴) 0.90 [m] 叶根半径螺孔中心圆半径 2.692 [m] 回转直径(球径) 回转直径(球径) top:φ2556*12 bottom:φ4113*28 塔架在一些截面的几何尺寸 78 [m] 高 [kg/m] 单位长度质量 [m] 直径 [Nm] 抗弯刚度 [mm] 壁厚 7800 [kg/m] 密度 2.06e11 [N/m] 杨氏模量 [Hz] 塔架一阶频率(弯曲下风向纵向) [Hz] 塔架一阶频率(横向) [-] 空气动力拖动系数 [-] 流体动力拖动系数 (海上适用) [-] 流体动力惯量系数 (海上适用) [m] 理论平均水深 (海上适用) [N/m] 基础平移刚度水平 [kg] 基础质量 [Nm/rad] 回转刚度绕水平轴 [kgm2] 基础转动惯量绕水平轴 3.5 [m] 机舱宽不含风轮和轮毂 8.44 [m] 机舱长 3.4 [m] 机舱高
风机性能试验台 一、产品说明 本试验台能对各种不同类型的风机性能进行测定，能进行定风量和定风压试验，并能对试验参数进行曲线拟合，得出风机的性能曲线。试验台符合标准ASHRAE 51-75的要求。 二、测试项目 1. 定风量定电压试验 2. 定风压定电压试验 3. 定风量定转速试验 4. 定风压定转速试验 三、技术指标 1. 风量范围：110～7000m3/h 2. 重复性精度：±1% 3. 试验台规格：吸风式风机性能台，吹风式风机性能台（可按用户需要进行特殊设计）。 根据GB1236-2000的要求 －技术指标 1. 被测风机风量范围： ·吹风式：1000-20.000m3/h，转速0-6000RPM; 2. 测定精度：重复性精度：±2％ 3. 环境：温度：20±15℃；湿度：65±20%（用户保证） 4. 风机尺寸：1000mm以内,宽350 mm(根据客户要求) 一．控制方案 本试验台采用吹风式风洞测试风机性能，具体方案如下：
图1 风室出气试验示意图(用多喷嘴流量计测流量) 图2 风室进气试验示意图(用多喷嘴流量计测流量) 三、风机性能测试台,风机风量台，性能测试台控制参数（在全自动控制方案中为控制参数，在其他方案中为测量参数） 1．风管静压（定静压） u 差压变送器：微压变送器，-500Pa～500Pa/1～5V （精度0.075%） u 控制：PID u 数据记录：通过数据采集器采集到计算机
2．两内空板的压差（定风量） u 差压变送器：微压变送器，，量程0～1000Pa /1～5V（精度0.075%）u 控制：PID:输出控制电动风阀的开启度！ u 数据记录：通过数据采集器采集到计算机(国产) 3．被测风机电压 u 电压范围：0～380V DC 二．测量参数 1．被测风机电流 u 测量范围：0 ～50A（测量精度0.01V） u 电流变换器：带分流器, 0～50A / 1～5V DC 。精度0.1% u 数据记录：通过数据采集器采集到计算机 2．风洞温度 u 测量范围：相对温度0～100℃ u 测量精度：±0.2℃ u 信号变换器：0～100℃/ 1～5V DC u 数据记录：通过数据采集器采集到计算机 3．风洞湿度 u 测量范围：相对湿度0～100％RH u 测量精度：相对湿度±3％ RH
一、系统简介矿井通风机装置性能测定系统（主扇性能测定仪）是中矿能源与安全工程学院开发的科研产品，用于煤矿开展通风机装置性能测定工作，是局（矿）通风和机电管理部门必备的基础仪器。也可用于高校有关专业的实验教学以及科研测试服务。 矿井主要通风机是保证矿井安全生产的重要装备。因此《煤矿安全规程》规定：新安装矿井 主要通风机投产前，必须进行通风机性能的测定和试运转工作，以后每五年至少进行一次性 能测定。该测定系统正是因此需求而研发，其1型产品于1992年就通过原煤炭工业部组织 的技术鉴定。使用这套系统，测定工作除工况调节外只需简单操作计算机即可。且测定速度 快，采集数据量大，自动化程度高，需测参数全部由系统自动采集。测定完毕即可打印数据 报表和性能曲线。是一套先进高效的测定系统，可减小煤矿现场开展此项工作的难度。二、主要功能 该系统是在多年现场实测经验的基础上开发研制的，是将计算机数据采集和传感器技术用于 矿井通风管理工作的一项典型应用。所测参数指标符合国家标准“《工业通风机用标准化风 道进行性能试验》GB/T1236-2000”和煤炭行业标准“《煤矿用主要通风机现场性能参数测 定方法》MT 421-2004”的要求。通过多次改型和软硬件升级已基本适应我国各种类型风机 性能测定的需要。系统采用视窗环境（适用WINDOWS 98、2000、XP等）开发，用计算机控 制系统主机工作，与单片机等开发的测定装置相比，具有数据处理功能更强，人机界面更直 观，交互性更好，信息量更大等特点，更易于使用。该系统适用各种电网电压，并可选配正 压通风方式、双电机测量以及局扇性能测定等功能。 三、系统配置 测定系统的硬件部分由系统主机、测风（三杯式气象专用、差压）传感器、负压传感器、大 气参数（气压、温、湿度）传感器、电机功耗（电压、电流、功率、COSΦ）传感器、转速 传感器、笔记本计算机和打印机等组成。软件主要有数据采集与处理及打印绘图等用户程序。
金属材料力学性能实验报告 姓名：班级：学号：成绩： 实验名称实验一金属材料静拉伸试验 实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号HY-10080 2）位移传感器一个； 3）刻线机一台； 4）游标卡尺一把； 5）铝合金和20#钢。 试样示意图 图1 圆柱形拉伸标准试样示意图 试样宏观断口示意图 图2 铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图 （和试样中轴线大约成45°角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到极限，发生韧性断裂）
图3 正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图 （可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45°角左右的倾斜断口） 原始数据记录 表1 正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 左 中 右 平均值 9.90 10.00 10.00 9.97 9.92 10.00 10.00 10.00 10.00 9.92 左 中 右 平均值 8.70 8.72 8.68 8.69 8.68 8.70 8.70 8.64 8.72 8.70 表2 时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 两试样的初始标距为050 L mm 。 表3 铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm ） AB BC AB+2BC 平均 12.32 23.16 58.64 58.79 24.02 17.46 58.94 测量20#钢拉断后的平均标距为u L =69.53 mm ，断口的直径平均值为u d =6.00 mm 。 测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm 。
风机性能参数相关公式 A ． 改变介质密度ρ，转速n 的换算式： 1、 1122q n q n = 2、 2111()222p n p n ρ=ρ 3、31 1 1()22 P n P n ρ=ρ2 4、η1＝η 2 B ． 改变转速n ，大气压力p a , 气体温度t 时的换算式： 1、 1122q n q n = 2、 2122127311()()()22273a a p t p n p n p t +=+ 3、21 2212731 1 ()()()22273a a p t P n P n p t +=+ 4、η1＝η 2 以上式中：1、q ―――流量（m 3/h ）; p ―――全压（Pa ）; P ―――轴功率（KW ）；η―――全压效率；ρ―――密度（Kg/m 3）; n ―――转速（r/min ）; t ―――温度（℃）；p a ―――大气压（Pa ）。 2、注脚符号“2”表示已知的性能及其关系参数，注脚符号 “1”表示所求的性能及关系参数。
C ． 风机性能一般均指在标准状态下的风机性能，技术文件或订货要 求的性能除特殊定货外，均按标准状态为准。 标准状态系指大气压力p a =101325Pa 、大气温度t=20℃、相对湿度 ?＝50%时的空气状态，标准状态下的空气密度ρ＝1.2kg/m 3. D. 风机所需功率按下式求出： P ＝ 1000m q p K ??η?η 式中：q ―――流量（m 3/s ）; p ―――风机全压（Pa ）； η―――全压效率； ηm ―――机械效率； K ―――电动机容量安全系数(一般为1.05~1.25)。 E. 由无因次参数计算有因次参数的等式： 1、Q=900πD 22·υ2· ? (m 3/h) 2、 22 3.51212/[(1)1]101300354550P K ρυψρυψ=+- 3、 p=212ρυψ/P K 4、 P i = 23 2124000D πρυλ 5、P r =i m P K η
用以表示通风机的主要性能参数(如风量L、风压H、功率N及效率η)之间关系的曲线称为风机特性曲线或风机性能曲线。为了使用方便，将H—L曲线、N—L曲线、η—L曲线画在同一图上。下图为4—72 No5离心式通风机在转速2 900r／min时的特性曲线。 4—72No5离心式通风机特性曲线 在通风除尘系统工作的风机，即使在转速相同时，在不同阻力的系统中它所输送的风量也可能不相同。系统的阻力小时，要求风机的风压低，输送的风量就大；反之，系统阻力大，要求的风压高，输送的风量就小。因此，用一种工况下的风量和风压，来评定风机的性能是不够的。例如，风压为1 000Pa时，4—7 2No5风机可输送风量18 000m3／h；但当风压增到3000Pa时，输送的风量就只有1 000m3/h。为了全面评定风机的性能，就必须了解在各种工况下风机的风压和风量，以及功率、效率与风量的关系。这就是为什么要通过风机性能试验做出风机特性曲线的原因所在。 通风机制造工厂对生产的风机，根据实验预先做出其特性曲线，以供用户选择风机时参考。有些风机产品样本，不但列出特性曲线图，而是还提供性能表格。下表列出了4—72离心式通风机的部分性能数据。 从特性曲线图可以看出，在一定转速下，风机的效率随着风量的改变而变化，但其中必有一个最高效率点刁一。相应于最高效率下的风量、风压和轴功率称为 。此范围风机的最佳工况，在选择风机时，应使其实际运转效率不低于0．9η max
称为风机的经济使用范围。下表中列出的8个性能点(工况点)，均在风机的经济使用范围内。 4—72 型离心式通风机性能表(摘录)
正确选择风机，是保证通风系统正常、经济运行的一个重要条件。所谓正确选择风机，主要是指根据被输送气体的性质和用途选择不同用途的风机；选择的风机要满足系统所需要的风量，同时风机的风压要能克服系统的阻力，而且在效率最高或经济使用范围内工作。具体选择方法和步骤如下： 1．根据被输送气体的性质，选用不同用途的风机。例如，输送清洁空气，或含尘气体流经风机时已经过净化，含尘浓度不超过150mg／m3时，可选择一般通风换气用的风机；输送腐蚀性气体，要选用防腐风机；输送易燃、易爆气体或含尘气体时，要选用防爆风机或排尘风机。但在选择具体的风机型号和规格时，还必须根据某种类型风机产品样本上的性能表或特性曲线图才能确定。 2．考虑到管道系统可能漏风，有些阻力计算不大准确，为了使风机运行可靠，选用风机的风量和风压应大于通风除尘系统的计算风量和风压，即 风量：L′＝K L L (1) 风压：H′=K H H (2) 式中 L′、H′——选择风机用的风量、风压； L、H——通风除尘系统的计算风量、风压； K L ——风量附加系数，除尘系统KL=1．1～1．15； K H ——风压附加系数，除尘系统KH=1．15～1．2。 3．根据选用风机的风量L′风压H′，在风机产品样本上选定风机的类型，确定风机的机号、转速和电动机功率。为了便于接管和安装，还要选择合适的风机出口位置和传动方式。所选择风机的工作点应在经济范围内，最好处于最高效率点的右侧。 4．风机样本上给出的是风机在标准状态(大气压力为1．013×105 Pa、温度为20℃、相对湿度为50％)下的性能参数，如实际运行状态不是标准状态，风机实际的性能就会变化(风量除外)。因此，选择风机时应把实际运行状态下的参数换算为标准状态下的参数，换算的关系如下： Pa (3) kW (4) 式中 H b 、N b 、ρ b 、p b 、t b ——风机在标准状态(或规定状态)下的风压、功率、 空气密度、气体压力和温度，即风机样本上所列的数据；