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拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置与方法制造方法及图纸

技术编号:21374910 阅读:21 留言:0更新日期:2019-06-15 12:30
本发明专利技术涉及一种拉伸‑弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置与方法,属于精密科学仪器及材料测试领域。包括隔振基座、支撑框架、超声加载模块、液压加载模块、拉伸加载模块、超声探伤模块,支撑框架与隔振基座相连,液压加载模块通过连接法兰与支撑框架相连,超声加载模块通过螺纹与液压加载模块相连,拉伸加载模块、超声探伤模块设置在隔振基座上。优点在于:可实现高频率、高载荷的跨量程加载;可实现超高频弯曲疲劳加载和拉伸‑弯曲静动态复合载荷加载;拉伸加载模块能够保证被测材料试样精确对中。可对不同材料、不同尺寸的被测材料试样进行静动态复合载荷下的高频疲劳试验,为航空航天及众多领域关键材料的服役性能分析提供可靠手段。

【技术实现步骤摘要】
拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置与方法
本专利技术涉及精密科学仪器及材料测试领域,特别涉及一种拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置与方法。该装置可进行传统的静态拉伸加载试验、高频弯曲疲劳加载试验、超高频弯曲疲劳加载试验等几种试验,还能够实现频率、载荷跨量程加载下的拉伸-弯曲复合加载高频疲劳试验,对被测材料在试验过程中的裂纹产生与扩展进行原位监测,为揭示被测材料疲劳力学性能变化与外加载荷间的相关性规律和疲劳损伤机制提供测试方法。
技术介绍
近几十年来,国家科学技术飞速进步、国民经济蓬勃发展,人们对机械装备在安全性、可靠性以及经济性等方面提出了更为苛刻的要求。疲劳失效在工程实际中极为常见,并且涉及领域极其广泛,据不完全统计,疲劳失效在材料总的失效中占比高达80%左右。尤其在航空、航天以及核工业等关键材料领域,材料在典型服役工况下承受拉伸、弯曲交变载荷以及复合载荷作用,并且频率可高达上千赫兹,导致航空、航天设备和其他关键机械结构的高频疲劳断裂破坏时有发生,造成严重的经济损失。目前常规的疲劳试验在商业化的电液伺服疲劳试验机、超声疲劳试验机、旋转弯曲疲劳试验机等上进行,只能实现常规的拉伸/压缩疲劳、弯曲疲劳等单一载荷疲劳加载,难以实现多载荷复合加载下的疲劳试验,无法模拟材料在实际服役工况下的复合载荷状态。因此,对于众多领域,尤其是航空、航天以及核工业等关键材料领域,发展关键结构材料的复合载荷作用下的高频疲劳力学性能测试技术并开发高频疲劳力学性能测试装置,已经成为目前亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置与方法,解决现有的测试方法不能实现频率、载荷跨量程加载问题以及拉伸-弯曲复合载荷作用下的超高频疲劳加载问题。该装置可进行传统的静态拉伸加载试验、高频弯曲疲劳加载试验、超高频弯曲疲劳试验等几种试验,还能够实现频率、载荷跨量程加载下的拉伸-弯曲复合加载高频疲劳实验,对被测材料在试验过程中的裂纹产生与扩展进行原位监测,为揭示被测材料疲劳力学性能变化与外加载荷间的相关性规律和疲劳损伤机制提供测试方法,为航空、航天及众多领域的关键结构材料的力学性能分析提供了一个可靠的手段。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现:拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,装置整体采用四柱立式对称布置,包括隔振基座1、支撑框架2、超声加载模块3、液压加载模块4、拉伸加载模块5、超声探伤模块6,所述支撑框架2通过螺纹与隔振基座1相连,液压加载模块4通过连接法兰与支撑框架2相连,超声加载模块3通过螺纹与液压加载模块4相连,拉伸加载模块5设置在隔振基座1上,超声探伤模块6设置在隔振基座1上。所述的隔振基座1是:隔振平台11通过螺钉与大理石基座12相连;所述的支撑框架2采用四柱立式结构,上支撑板9通过螺钉与四个立柱7相连,立柱7通过螺纹与隔振基座1相连,连接块c10固定在立柱7上,通过螺钉与液压连接板8相连,实现对装置的稳定支撑。所述的液压加载模块4具有静态弯曲加载和高频弯曲疲劳加载功能,实现对被测材料试样的静态弯曲加载或0~100Hz高频弯曲疲劳加载;蓄能器22、液压管道25与液压阀板21相连,液压阀板21与高频伺服液压缸24连接;液压缸保护套23与高频伺服液压缸24末端通过螺栓固定,液压法兰盘26与高频伺服液压缸24活塞杆伸出端通过螺栓连接;胀紧套20一端与高频伺服液压缸24的活塞杆末端相连,另一端与拉压力传感器27相连。所述的超声加载模块3通过连接板16与液压加载模块4相连,实现对超高频弯曲疲劳试样33的20kHz超高频弯曲疲劳加载;超声连接器18与超声换能器17相连,变幅杆13与超声连接器18相连,超声弯曲压头19与变幅杆13相连;超声连接板14固定在超声连接器18的轴肩处,传力杆15一端与连接板16相连,另一端穿过超声连接板14上的通孔,并通过螺母固定。所述的拉伸加载模块5包含试样对中机构36和穿销式拉弯复合夹具32两个子模块,分别实现对被测材料试样的精确对中及静态拉伸/压缩加载;试样对中机构36和穿销式拉弯复合夹具32均设置在Y移动平台31上,通过手动移动Y移动平台31完成试样对中机构36和穿销式拉弯复合夹具32两个子模块的快速切换。所述的拉伸加载模块5是:伺服电机28通过电机固定板固定,经联轴器29与固定在丝杠座a30、丝杠座b34上的丝杠a37相连,丝杠座a30、丝杠座b34通过螺栓固定在底座41上;滑块35与精密直线导轨40装配在一起,并固定在底座41上;Y移动平台31与燕尾型导轨38装配在一起,燕尾型导轨38固定在X移动平台39上,X移动平台39与滑块35相连;拉伸加载模块5工作时,伺服电机28经联轴器29将转矩输出给丝杠a37,带动X移动平台39反向运动,实现对被测材料试样的精确对中及静态拉伸加载。所述的试样对中机构36是:丝杠c54设置在连接块a47、连接块b57上,支撑座56固定在连接块a47、连接块b57上,丝杠定位套筒52固定在丝杠c54两端,调节旋钮b55固定在丝杠c54末端,试样支撑座49固定在连接块a47上,轴向定位块48与丝杠c54装配在一起,导轨59固定在连接块b57、丝杠支撑座b61上;丝杠d46与丝杠c54分别固定在丝杠支撑座a50、丝杠支撑座b61上,花键套45与丝杠d46和丝杠c54装配在一起;调节旋钮c60与丝杠c54末端相连,定位块58与导轨59、丝杠c54装配在一起,两个调节旋钮a51分别与两个定位块58相连。所述的超声探伤模块6设置在隔振基座1上,在试验时手持超声探伤模块6的超声探头在超高频弯曲疲劳试样33表面扫描,实现试验过程中对超高频弯曲疲劳试样33表面疲劳裂纹的原位监测。本专利技术的另一目的在于提供一种拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试方法,当进行拉伸-弯曲复合加载高频疲劳试验时,具体步骤如下:步骤一:手动调节Y移动平台31将穿销式拉弯复合夹具32移至超声弯曲压头19下方;步骤二:拉弯复合载荷疲劳试样42承受的静态拉伸载荷由拉伸加载模块5来实现,伺服电机28经联轴器29将转矩输出给丝杠d46,带动X移动平台39相向运动,从而带动穿销式拉弯复合夹具32相向运动,实现对拉弯复合载荷疲劳试样42的静态拉伸/压缩加载;步骤三:拉弯复合载荷疲劳试样42承受的静态弯曲载荷由液压加载模块4来实现,工作时,高压油经蓄能器22流入电液伺服阀,同时电控系统给定的电信号与从拉压力传感器27输出的反馈信号进行比较,并将此差值放大后送入电液伺服阀,把电信号转化为高压油的流量,输入到高频伺服液压缸24的上下端,驱动活塞杆运动,实现拉弯复合载荷疲劳试样42的静态弯曲加载;步骤四:拉弯复合载荷疲劳试样42承受的高频弯曲疲劳载荷由液压加载模块4来实现,工作时,高压油经蓄能器22流入电液伺服阀,同时电控系统给定的电信号与从拉压力传感器27输出的反馈信号进行比较,并将此差值放大后送入电液伺服阀,把电信号转化为高压油的流量,输入到高频伺服液压缸24的上下端,驱动活塞杆运动,实现拉弯复合载荷疲劳试样42的0~100Hz高频弯曲疲劳加载。当进行超高频弯曲疲劳加载试验时,具体步骤如下:步骤一:手动调节Y移动平台31将试样对中机构36移至超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉伸‑弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:装置整体采用四柱立式对称布置,包括隔振基座(1)、支撑框架(2)、超声加载模块(3)、液压加载模块(4)、拉伸加载模块(5)、超声探伤模块(6),所述支撑框架(2)通过螺纹与隔振基座(1)相连,液压加载模块(4)通过连接法兰与支撑框架(2)相连,超声加载模块(3)通过螺纹与液压加载模块(4)相连,拉伸加载模块(5)设置在隔振基座(1)上,超声探伤模块(6)设置在隔振基座(1)上。

【技术特征摘要】
1.一种拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:装置整体采用四柱立式对称布置,包括隔振基座(1)、支撑框架(2)、超声加载模块(3)、液压加载模块(4)、拉伸加载模块(5)、超声探伤模块(6),所述支撑框架(2)通过螺纹与隔振基座(1)相连,液压加载模块(4)通过连接法兰与支撑框架(2)相连,超声加载模块(3)通过螺纹与液压加载模块(4)相连,拉伸加载模块(5)设置在隔振基座(1)上,超声探伤模块(6)设置在隔振基座(1)上。2.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:所述的隔振基座(1)是:隔振平台(11)通过螺钉与大理石基座(12)相连;所述的支撑框架(2)采用四柱立式结构,上支撑板(9)通过螺钉与四个立柱(7)相连,立柱(7)通过螺纹与隔振基座(1)相连,连接块c(10)固定在立柱(7)上,通过螺钉与液压连接板(8)相连,实现对装置的稳定支撑。3.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:所述的液压加载模块(4)具有静态弯曲加载和高频弯曲疲劳加载功能,实现对被测材料试样的静态弯曲加载或0~100Hz高频弯曲疲劳加载;蓄能器(22)、液压管道(25)与液压阀板(21)相连,液压阀板(21)与高频伺服液压缸(24)连接;液压缸保护套(23)与高频伺服液压缸(24)末端通过螺栓固定,液压法兰盘(26)与高频伺服液压缸(24)活塞杆伸出端通过螺栓连接;胀紧套(20)一端与高频伺服液压缸(24)的活塞杆末端相连,另一端与拉压力传感器(27)相连。4.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:所述的超声加载模块(3)通过连接板(16)与液压加载模块(4)相连,实现对超高频弯曲疲劳试样(33)的20kHz超高频弯曲疲劳加载;超声连接器(18)与超声换能器17相连,变幅杆(13)与超声连接器(18)相连,超声弯曲压头(19)与变幅杆(13)相连;超声连接板(14)固定在超声连接器(18)的轴肩处,传力杆(15)一端与连接板(16)相连,另一端穿过超声连接板(14)上的通孔,并通过螺母固定。5.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:所述的拉伸加载模块(5)包含试样对中机构(36)和穿销式拉弯复合夹具(32)两个子模块,分别实现对被测材料试样的精确对中及静态拉伸/压缩加载;试样对中机构(36)和穿销式拉弯复合夹具(32)均设置在Y移动平台(31)上,通过手动移动Y移动平台(31)完成试样对中机构(36)和穿销式拉弯复合夹具(32)两个子模块的快速切换。6.根据权利要求1或5所述的拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:所述的拉伸加载模块(5)是:伺服电机(28)通过电机固定板固定,经联轴器(29)与固定在丝杠座a(30)、丝杠座b(34)上的丝杠a(37)相连,丝杠座a(30)、丝杠座b(34)通过螺栓固定在底座(41)上;滑块(35)与精密直线导轨(40)装配在一起,并固定在底座(41)上;Y移动平台(31)与燕尾型导轨(38)装配在一起,燕尾型导轨(38)固定在X移动平台(39)上,X移动平台(39)与滑块(35)相连;拉伸加载模块(5)工作时,伺服电机(28)经联轴器(29)将转矩输出给丝杠a(37),带动X移动平台(39)反向运动,实现对被测材料试样的精确对中及静态拉伸加载。7.根据权利要求5所述的拉伸-弯曲复合载荷下材料疲劳力学性能测试装置,其特征在于:所述的试样对中机构(36)是:丝杠c(54)设置在连接块a(47)、连接块b(57)上,支撑座(56)固定在连接块a(47)、连接块b(57)上,丝杠定位套筒(52)固定在丝杠c(54)两端,调节旋钮b(55)固定在丝杠c(54)末端,试样支撑座(49)固定在连接块a(47)上,轴向定位块(48)与丝杠c(54)装配在一起,导轨(59)固定在连接块b(57)、丝杠支撑座b(61)上;丝杠d(46)与丝杠c(54)...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵宏伟赵久成徐利霞李世超周水龙万杰王赵鑫秦学志靖旭赵甄章赵大庆孟凡越
申请(专利权)人:吉林大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

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