1. 研究目的与意义（文献综述）

利用在导师项目中获取约束与环境模拟条件可调式混凝土温度-应力试验装备研制的知识和查阅有关国内外技术的资料，在了解约束与环境模拟条件可调式混凝土应力试验装备基础上，依据约束与环境模拟条件可调式混凝土应力试验装备研制的要求，完成该控制系统的仿真及硬件设计。我国试验机行业发展至今已有60年，从最初的以仿制国外产品，生产技术含量较低的机械/液压式的万能试验机及其附具、硬度计、摩擦磨损试验机、机械式振动台、动平衡机、a扫超声波探伤仪、x射线探伤仪等产品，到如今的像高精度试验机进军，从静态试验机向动态试验机发展，取得了众多成果。同时国产试验机的现状又让人不得不思考产业的未来发展。
目前我国试验机技术得到迅猛发展，在测量技术、控制技术、计算机应用技术、dsp技术、全数字化技术等领域取得突破性进展，这也促使我国电子万能试验机、微机控制液压万能试验机、电液伺服动静万能试验机、高频疲劳试验机、动平衡机、大吨位电动振动台以及硬度计等产品有了进一步提升和发展。此外，多通道、多自由度协调加载的力学性能测试系统和实际工况模拟试验系统的开也促使新产品更多的诞生，这些都为我国试验机产业发展起到了推动作用。
尽管我国在试验机领域取得了众多成果，但是也存在着一些不足。如国产静态试验机在工艺性能、稳定性、可靠性、个性化定制、软件的开放性等方面还无法无国外产品相匹敌。在动态试验机方面，伺服阀、作动器、控制器等关键技术还需要进一步突破，减少对国外关键技术的依赖。
我国试验机产业要想取得良性发展，为未来就必须注重技术创新，掌握关键技术。未来试验机试验对象将会从材料、零部件扩展到整机、整车、系统、重大设施和各类工程项目。企业的中心实验室、质检部门、生产现场、工程项目的施工现场也将会逐渐应用试验机。线连续、实时、自动化实验方式成趋势，实验理论也会不断提升指导技术创新。未来模块化、系列化、共用化、特种、专业化、动化、智能化、网络化多方向发展试验机，将会成为试验机发展主流趋势。试验机多年来国内市场需求特点是量大面广的产品，如液压万能试验机、硬度计等常规产品需求量较大。但近年来，对电子万能试验机、电液伺服试验机、高频疲劳试验机、数显硬度计等电子式、数字式以及汽车、航空航天专用破坏性和非破坏性设备需求愈来愈大。今后试验机面临微机化、智能化、数字化、多功能化、机电一体化产品市场份额的比重将会明显增大，专用产品、各种在线检测、质量控制等成套设备的需求量将会大幅度攀升。
采访伊始，李春明高工讲到，解放前的旧中国几乎没有专业生产试验机产品的企业，更谈不上形成一个试验机制造产业。在30年的计划经济体制时期(1949-1979年)，有两个标志性的事件发生：一是1949年10月20日，我国第一个试验机专业生产厂家—长春仪器厂(后更名为长春材料试验机厂)诞生，标志着中国试验机制造业的开始;二是1959年3月，第一机械工业部长春试验机研究所在长春成立，标志着我国能独立地开展试验机制造技术的研发与产品的创新。到70年代末期，长春、天水、济南、上海、莱州、汕头、丹东、苏州成为试验机的主要生产区域，这表明我国已经初步形成了一个小的试验机制造行业。
在这30年间，我国试验机的主要生产厂家有30家左右，生产规模较小，产品以仿制国外产品为主，主要有机械/液压式的万能试验机及其附具、硬度计、摩擦磨损试验机、机械式振动台、动平衡机、a扫超声波探伤仪、x射线探伤仪等技术含量较低的产品，据估计工业总产值在0.5-1亿元人民币。而此时长春试验机研究所研制的电子万能试验机、电液伺服疲劳试验机、高温真空冲击试验机、高温真空蠕变试验机、声发射检测仪等产品代表了当时我国试验机的技术发展水平。
此外，长春试验机研究所以其行业归口所的身份，开展了试验机行业产品的标准化工作、行业发展规划的编制工作，建立了试验机技术情报网，设立了材料试验机测试中心站(国家试验机产品质检中心的前身)，编辑出版了我国试验机行业学术期刊—《材料试验机》(现名《工程与试验》)，这些都对我国试验机行业的技术发展发挥了重大的推动作用。对于这一时期，李春明高工指出：“应该充分肯定，在这30年(1949-1979)期间，我国试验机行业的自主崛起和发展减轻了西方国家对我国技术封锁所产生的影响，对我国国民经济建设和国防事业的发展起到并发挥了积极的促进保障作用”。今天：形成200家企业群技术进展喜忧参半工业总产值已达60亿元
改革开放30年，即(1980-2010)年的市场经济体制时期，我国试验机的技术得到了飞速的发展，主要表现在以下几个方面：
(1)静态试验机的测量技术、控制技术、计算机应用技术取得了重大突破，且电子万能试验机、微机控制液压万能试验机的技术指标已接近或已达到国际同类产品的水平，部分产品的性价比优于国外同类产品;
(2)基于dsp技术的电液伺服动静万能试验机、基于全数字化技术的高频疲劳试验机等产品已投放市场，标志着国产动态试验机的关键技术有了较大的提高;
(3)多通道、多自由度协调加载的力学性能测试系统和实际工况模拟试验系统的开发有较快的进展，有些产品已开始投放国内市场;
(4)动平衡机的测量控制技术进步很快，性能指标和稳定性都有明显提高，国产全自动去重平衡机已批量投放国内市场;
(5)大吨位电动振动台已达到国际同类产品的先进水平;
(6)硬度计的测量控制显示技术有了明显的进展，里氏硬度机计等产品在国际市场上也占据了很大的份额。
另外，满足用户个性化要求的各种试验机发展也很快。如生物力学试验机、大型结构试验机、高低温恒温恒湿盐雾等环境试验机、岩土力学模型试验机、电子蠕变试验机、仪器化冲击试验机、非金属材料试验机、数字化超声波探伤仪、x射线实时成像探伤系统、大型x射线货物/车辆、行李检查系统、高温高速线材电磁超声探伤仪等。
不过，李春明高工同时指出：“国产试验机与国外产品相比，在技术水平上仍然存在很大的差距。在静态试验机方面，国产试验机在精度等一般性指标方面与国外产品相比差距不大，但是在工艺性能、稳定性、可靠性、个性化定制、软件的开放性和可升级性以及试验机的应用性等方面还存在着很大差距;而在动态试验机方面，国产试验机的关键技术如：伺服阀、作动器、控制器和应用软件等几乎没有重大突破，例如：各企业所用的伺服阀几乎全是国外的，而对于控制器，国内少数厂家只可以制造单通道、标准型的控制器，目前还不具备研发多通道或是同时满足多种技术指标的、可实现多通道协调加载、稳定性好的、功能比较强大的控制器的能力”。
此外，李春明高工还谈到：“由于市场经济体制的作用和现代工业技术的快速发展，我国试验机行业也获得了快速的发展。据不完全统计，1989年全国生产试验机的厂家接近50家;2008年，规模以上企业达到76家，再加上规模以下企业，保守估计，国内生产试验机的厂家不会低于200家，已经形成了一个企业群，其中骨干企业近20家。2010年，100家规模以上企业的工业总产值已达到60亿元人民币，当年市场销售额也已超过59亿元人民币，出口额接近1亿美元”。
对于这一时期，李春明高工总结到：“现阶段我国试验技术已从静力学试验阶段过渡到动力学试验阶段，少数试验技术已进入到动载与环境综合模拟试验技术阶段。改革开放以来，尤其是在(1995-2010)期间，国产试验机产品的技术水平也有了很大的提升，产品的质量有了明显的改善，产品的品种得到了快速发展，产品的应用也几乎覆盖了现代工程科学理论研究和工程性能试验的各个领域”。
明天：面临国内市场良好环境迎来四大发展趋势工业总产值将超百亿
伴随着国家基础战略产业、十大振兴产业、新兴产业和现代制造服务业(独立的第三方检测机构)的发展，对新材料、零部件、结构件、整机整车和各类工程项目的检测、试验提出了新的更多、更高、更复杂化的需求，这些为试验机行业的发展带来了新的机遇。
据李春明高工预测，未来试验技术的发展趋势是：
(1)在试验对象方面，从材料、零部件扩展到整机、整车、系统、重大设施和各类工程项目;
(2)在试验空间方面，从科研机构、大专院校的实验室扩展到企业的中心实验室、质检部门、生产现场、工程项目的施工现场，甚至扩展到大气层外的宇宙空间;
(3)在试验方式方面，从单个试样离散方式扩展到批量试样且在线连续、实时、自动化方式;
(4)在试验理论方面，我国试验技术和试验方法会随着工程理论研究和工程性能试验的发展不断被创新。
伴随着试验技术的发展趋势，未来我国试验机产品的发展会朝着功能模块化、系列化、共用化方向发展;朝着特种、专业化方向发展;朝着准确模拟各种特殊环境、模拟实际工况的方向发展，以便提供更接近特殊环境和实际工况的综合、复杂的试验条件;朝着自动化、智能化、网络化的方向发展;试验机的应用软件会朝着可扩展、可升级、个性化的方向发展，从一定意义上来看，未来试验系统功能的优劣会在其系统的应用软件方面更多的表现出来。
最后，李春明高工谈到：“展望未来，我国试验机需要在测量、控制、关键部件的设计制造技术方面，应用软件方面，特种环境和实际工况模拟方面，在材料、零部件、重大产品、复杂系统、重大设施和重要工程寿命预测等方面取得一定突破;在进口量较大的高档试验仪器的研发制造方面获得突破，主要产品要赶上国外同类产品的水平，减少高档试验仪器的进口额度，以高性价比抢占一定的国内外市场份额，争取到2020年，试验机行业国内工业总产值和销售额达到100亿元人民币(含出口额)，年增长比例在(10-15)%左右;而试验机年度进口额从当前占国内市场销售额的(40-50)%降低到(20-25)%。试验机多年来国内市场需求特点是量大面广的产品，如液压万能试验机、硬度计等常规产品需求量较大。但近年来，对电子万能试验机、电液伺服试验机、高频疲劳试验机、数显硬度计等电子式、数字式以及汽车、航空航天专用破坏性和非破坏性设备需求愈来愈大。今后试验机面临微机化、智能化、数字化、多功能化、机电一体化产品市场份额的比重将会明显增大，专用产品、各种在线检测、质量控制等成套设备的需求量将会大幅度攀升。
由于八十年代后期至今，国外试验机产品技术更新换代速度更加迅速，其潜在功能、长期稳定和操作特性远胜过我国产品，且国内尚有1/4品种还处于空白；所以目前尚不能完全控制国外产品对我国试验机市场的渗透。2003年国产试验机销售额达8.43亿元，年增长率为6.7%；2003年试验机进口额达2.03亿美元，年增长率达21.3%。试验机到2008年国内市场总需求量可达7万台以上，其中机电一体化产品将占50~60%。其中金属试验机需求量约18500台(套)，非金属试验机17500台(套)，工艺试验机4500台(套)，力变形检测仪器2000台(套)，平衡机6000台(套)，振动台与冲击台1000台(套)，无损检测仪器25000台(套)，汽车平衡机1500台(套)，产品品种达1500种。
2012年5月，在由中国仪器仪表行业协会试验仪器分会与仪器信息网主办、北京材料分析测试服务联盟与我要测网协办的“第一届中国试验机技术论坛”上，中国仪器仪表行业协会试验仪器分会秘书长李春明高工谈到：“目前，我国拥有一个世界上试验机企业数量最多的企业集群。该企业集群所提供的试验机基本可以满足国内对中低档次产品的市场需求，个别产品的性价比已接近或达到国际领先水平。与此同时，国际知名的试验机制造企业也已进入中国市场，几乎垄断了国内高档产品的市场份额，有些厂家还和国内企业争夺中档产品的市场份额”。
那么，面对这种现状，国产试验机企业该如何和国外试验机企业竞争?就此仪器信息网编辑特别采访了李春明高工，请其对我国试验机行业的技术和市场发展进行了剖析，借此希望可以为国产试验机行业的良性发展指明方向。
昨天：行业初具规模产品以仿制为主工业总产值不到1亿元
采访伊始，李春明高工讲到，解放前的旧中国几乎没有专业生产试验机产品的企业，更谈不上形成一个试验机制造产业。在30年的计划经济体制时期(1949-1979年)，有两个标志性的事件发生：一是1949年10月20日，我国第一个试验机专业生产厂家—长春仪器厂(后更名为长春材料试验机厂)诞生，标志着中国试验机制造业的开始;二是1959年3月，第一机械工业部长春试验机研究所在长春成立，标志着我国能独立地开展试验机制造技术的研发与产品的创新。到70年代末期，长春、天水、济南、上海、莱州、汕头、丹东、苏州成为试验机的主要生产区域，这表明我国已经初步形成了一个小的试验机制造行业。
在这30年间，我国试验机的主要生产厂家有30家左右，生产规模较小，产品以仿制国外产品为主，主要有机械/液压式的万能试验机及其附具、硬度计、摩擦磨损试验机、机械式振动台、动平衡机、a扫超声波探伤仪、x射线探伤仪等技术含量较低的产品，据估计工业总产值在0.5-1亿元人民币。而此时长春试验机研究所研制的电子万能试验机、电液伺服疲劳试验机、高温真空冲击试验机、高温真空蠕变试验机、声发射检测仪等产品代表了当时我国试验机的技术发展水平。
此外，长春试验机研究所以其行业归口所的身份，开展了试验机行业产品的标准化工作、行业发展规划的编制工作，建立了试验机技术情报网，设立了材料试验机测试中心站(国家试验机产品质检中心的前身)，编辑出版了我国试验机行业学术期刊—《材料试验机》(现名《工程与试验》)，这些都对我国试验机行业的技术发展发挥了重大的推动作用。
对于这一时期，李春明高工指出：“应该充分肯定，在这30年(1949-1979)期间，我国试验机行业的自主崛起和发展减轻了西方国家对我国技术封锁所产生的影响，对我国国民经济建设和国防事业的发展起到并发挥了积极的促进保障作用”。
今天：形成200家企业群技术进展喜忧参半工业总产值已达60亿元
改革开放30年，即(1980-2010)年的市场经济体制时期，我国试验机的技术得到了飞速的发展，主要表现在以下几个方面：
(1)静态试验机的测量技术、控制技术、计算机应用技术取得了重大突破，且电子万能试验机、微机控制液压万能试验机的技术指标已接近或已达到国际同类产品的水平，部分产品的性价比优于国外同类产品;
(2)基于dsp技术的电液伺服动静万能试验机、基于全数字化技术的高频疲劳试验机等产品已投放市场，标志着国产动态试验机的关键技术有了较大的提高;
(3)多通道、多自由度协调加载的力学性能测试系统和实际工况模拟试验系统的开发有较快的进展，有些产品已开始投放国内市场;
(4)动平衡机的测量控制技术进步很快，性能指标和稳定性都有明显提高，国产全自动去重平衡机已批量投放国内市场;
(5)大吨位电动振动台已达到国际同类产品的先进水平;
(6)硬度计的测量控制显示技术有了明显的进展，里氏硬度机计等产品在国际市场上也占据了很大的份额。
另外，满足用户个性化要求的各种试验机发展也很快。如生物力学试验机、大型结构试验机、高低温恒温恒湿盐雾等环境试验机、岩土力学模型试验机、电子蠕变试验机、仪器化冲击试验机、非金属材料试验机、数字化超声波探伤仪、x射线实时成像探伤系统、大型x射线货物/车辆、行李检查系统、高温高速线材电磁超声探伤仪等。
不过，李春明高工同时指出：“国产试验机与国外产品相比，在技术水平上仍然存在很大的差距。在静态试验机方面，国产试验机在精度等一般性指标方面与国外产品相比差距不大，但是在工艺性能、稳定性、可靠性、个性化定制、软件的开放性和可升级性以及试验机的应用性等方面还存在着很大差距;而在动态试验机方面，国产试验机的关键技术如：伺服阀、作动器、控制器和应用软件等几乎没有重大突破，例如：各企业所用的伺服阀几乎全是国外的，而对于控制器，国内少数厂家只可以制造单通道、标准型的控制器，目前还不具备研发多通道或是同时满足多种技术指标的、可实现多通道协调加载、稳定性好的、功能比较强大的控制器的能力”。
此外，李春明高工还谈到：“由于市场经济体制的作用和现代工业技术的快速发展，我国试验机行业也获得了快速的发展。据不完全统计，1989年全国生产试验机的厂家接近50家;2008年，规模以上企业达到76家，再加上规模以下企业，保守估计，国内生产试验机的厂家不会低于200家，已经形成了一个企业群，其中骨干企业近20家。2010年，100家规模以上企业的工业总产值已达到60亿元人民币，当年市场销售额也已超过59亿元人民币，出口额接近1亿美元”。
对于这一时期，李春明高工总结到：“现阶段我国试验技术已从静力学试验阶段过渡到动力学试验阶段，少数试验技术已进入到动载与环境综合模拟试验技术阶段。改革开放以来，尤其是在(1995-2010)期间，国产试验机产品的技术水平也有了很大的提升，产品的质量有了明显的改善，产品的品种得到了快速发展，产品的应用也几乎覆盖了现代工程科学理论研究和工程性能试验的各个领域”。
明天：面临国内市场良好环境迎来四大发展趋势工业总产值将超百亿
伴随着国家基础战略产业、十大振兴产业、新兴产业和现代制造服务业(独立的第三方检测机构)的发展，对新材料、零部件、结构件、整机整车和各类工程项目的检测、试验提出了新的更多、更高、更复杂化的需求，这些为试验机行业的发展带来了新的机遇。
据李春明高工预测，未来试验技术的发展趋势是：
(1)在试验对象方面，从材料、零部件扩展到整机、整车、系统、重大设施和各类工程项目;
(2)在试验空间方面，从科研机构、大专院校的实验室扩展到企业的中心实验室、质检部门、生产现场、工程项目的施工现场，甚至扩展到大气层外的宇宙空间;
(3)在试验方式方面，从单个试样离散方式扩展到批量试样且在线连续、实时、自动化方式;
(4)在试验理论方面，我国试验技术和试验方法会随着工程理论研究和工程性能试验的发展不断被创新。
伴随着试验技术的发展趋势，未来我国试验机产品的发展会朝着功能模块化、系列化、共用化方向发展;朝着特种、专业化方向发展;朝着准确模拟各种特殊环境、模拟实际工况的方向发展，以便提供更接近特殊环境和实际工况的综合、复杂的试验条件;朝着自动化、智能化、网络化的方向发展;试验机的应用软件会朝着可扩展、可升级、个性化的方向发展，从一定意义上来看，未来试验系统功能的优劣会在其系统的应用软件方面更多的表现出来。
最后，李春明高工谈到：“展望未来，我国试验机需要在测量、控制、关键部件的设计制造技术方面，应用软件方面 。

2. 研究的基本内容与方案

（一） 设计（论文）主要内容：

利用在导师项目中获取约束与环境模拟条件可调式混凝土温度-应力试验装备研制的知识和查阅有关国内外技术的资料，在了解约束与环境模拟条件可调式混凝土应力试验装备基础上，依据约束与环境模拟条件可调式混凝土应力试验装备研制的要求，完成该控制系统的仿真及硬件设计。

3. 研究计划与安排

第1～2周：查阅文献，翻译外文资料，初步确定设计方案；

第3～4周：毕业实习，撰写毕业实习报告；

第5周：确定最终方案，进行可行性分析，并完成开题报告；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]魏亚, 高翔. 混凝土硬化过程中的应力-应变发展和基于内部湿度的开裂风险预估[j]. 工程力学, 2014,(03): 138-143.

[2]胡曙光, 陈静, 周志锋. 约束可调式单轴温度-应力试验机控制系统[j]. 武汉理工大学学报, 2007, (01): 55-57 61.