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一种振动试验台用组合测试附件及静态疲劳试验方法技术

技术编号:10391620 阅读:121 留言:0更新日期:2014-09-05 16:53
本发明专利技术涉及材料和结构试验装备及试验方法,特别涉及一种振动试验台用组合测试附件及静态疲劳试验方法。由支撑支架、试样夹持器、传振器和桥联支架构成。附件组合时,支撑支架安装在振动试验台机架上、桥联支架跨接安装在两个支撑支架上,试样夹持器安装在支撑支架上夹持试样、传振器安装在振动试验台台面上。按照静态疲劳试验方法选用附件组合安装在振动试验台上,对试样实施7类13种静态疲劳试验。本发明专利技术扩展了振动试验台的功能,实现了疲劳试验中载荷形式多元化,包括拉、压、弯、扭等多种载荷及其组合形式,试验频率范围大,可进行5~4500Hz的疲劳试验,适用于材料和结构的高周、超高周静态疲劳试验研究。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术涉及材料和结构的试验装备及试验方法,特别涉及。二、
技术介绍
静态疲劳或称传统疲劳,即结构所承受的交变载荷的频率分布不与结构固有频率分布产生交集,从而产生不含结构共振贡献的疲劳破坏。静态疲劳试验是疲劳试验的主要手段,由于电子技术和液压技术等科学技术的发展,传统疲劳试验机由开始采用机械加载,逐步发展到采用液压加载、电磁激振加载、气动加载以及电磁——液压联合加载等先进方法。静态疲劳试验的频率通常为几十到几百赫兹,少数高端电液伺服疲劳试验机可达一千赫兹。当前静态疲劳试验方法按加载原理来分主要有机械式、电磁共振式、电液伺服式。按加载方式来分主要有弯、扭、拉、压及相关的组合形式。其中悬臂弯曲疲劳试验的试验方法为试样一端固支固定,另一端施加疲劳载荷;三点弯曲疲劳试验的试验方法为试样两端简支固定,中间施加疲劳载荷;四点纯弯疲劳试验的试验方法为试样两端简支固定,中间对称位置施加疲劳载荷,在两个施力点之间的部分为纯弯曲;四点纯扭疲劳试验的试验方法为试样两端简支固定,中间对称位置施加疲劳载荷,在两个施力点之间的部分为纯扭;拉-压疲劳试验的试验方法为试样两端固支固定,并在两端分别施加拉伸或者压缩载荷。振动疲劳或称动态疲劳,即结构所承受的动态交变载荷的频率分布与结构固有频率分布具有交集或相接近,引其结构共振所产生的疲劳破坏。按激励类型的不同,振动疲劳分为拉-压振动疲劳、扭转振动疲劳和弯曲振动疲劳。若激励频率与结构共振频率重合或接近,使结构产生共振而导致疲劳称为共振疲劳;反之,称为非共振疲劳。振动疲劳试验所采用的激励方法主要包括基础激励、激振器激励、惯性力激励、电磁力激励和偏心轮激励坐寸ο振动疲劳试验可以对材料和结构的疲劳行为进行研究,该方法频率范围较大,可以从几赫兹到几千赫兹。尽管在航空涡轮发动机叶片的疲劳行为研究中已广泛应用,但该试验技术还不够成熟,缺少普适性的试验方法,尚未建立规范的试验步骤。总体而言,传统疲劳试验机试验方法成熟,但频率较低,不适合进行高频的超高周疲劳研究;振动疲劳试验机可以进行高频的超高周疲劳研究,但试验并不成熟、加载类型单一,而且其属于动态疲劳试验,与常规的静态疲劳试验存在质的不同。随着当前资源环境约束的加强,对重大装备核心部件有超长寿命服役要求,对其超高周疲劳行为进行研究十分必要。因此研制适用于材料和结构的高频静态疲劳试验装置,可以扩展电动振动试验台的功能,丰富疲劳试验研究方法,以便于对丰富超高周疲劳理论和数据库提供有力支持。三、
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服当前传统疲劳试验机频率低、振动试验台如电动振动试验台或电磁激励式振动试验台只能进行振动疲劳和测试方法单一的不足,提供一种电动振动试验台用组合测试附件及应用该组合附件实施的静态疲劳试验方法。本专利技术组合安装在振动试验台上,其基本构思是:由支撑支架、试样夹持器、传振器和桥联支架构成。1、支撑支架为支撑试样夹持器或桥联支架的附件,由基座、支架腿、支架臂构成,支架腿与支架臂构成直角形支架,在支架腿底部设置基座,基座上有与振动试验台机架的连接孔,支架臂上有连接试样夹持器及桥联支架的连接螺纹孔。2、试样夹持器是安装在支撑支架或桥联支架上,用来夹持试样的附件,试样夹持器包括:固支试样夹持器、简支试样夹持器、拉-压施力固支试样夹持器和随动试样夹持器:(I)固支试样夹持器,由连接端和板式夹持端构成,连接端和板式夹持端为搭接错台结构形式,在连接端设置与支撑支架连接用螺栓孔,在板式夹持端设置夹持试样的螺栓孔并安装压紧螺栓;(2)简支试样夹持器,由连接端和方形筒式夹持端构成,在连接端设置与支撑支架连接用螺栓孔,在方形筒式夹持端的四个壁中与连接端连接面同一方向的两壁上对应设置夹持试样的螺栓孔并安装压紧螺栓,另外两壁上对应设置调整试样位置的螺栓孔并安装调整螺栓;(3)拉-压施力固支试样夹持器由固支试样夹持器和拉-压力座构成,拉-压力座为长方体结构,在其垂直方向对称设置与支撑支架连接用螺栓孔,在水平方向设置与固支试样夹持器连接用施力螺栓孔,在固支试样夹持器上与拉-压力座上施力螺栓孔对应的位置加工安装施力螺栓的螺纹孔;施力螺栓穿过拉-压力座上的施力螺栓孔旋进固支试样夹持器的施力螺栓螺纹孔;(4)随动试样夹持器,由带叉式夹持端的螺丝杆和与其相匹配的两条弹簧、两个调整螺帽构成,在叉式夹持端的两叉臂上对应设置两对螺栓孔,螺栓孔上安装压紧螺栓。3、传振器是一端安装在振动试验台台面上,另一端连接试样对试样传振的附件,传振器包括:简支传振器、换向简支传振器、固支传振器:(I)简支传振器由基座、传振体、施力叉、传振螺栓构成,传振体下端设置基座,基座上设置安装在振动试验台台面上的螺栓孔,传振体上端设置施力叉,在施力叉的两叉臂上设置对应的一对螺纹孔,螺纹孔上分别安装传振螺栓,在每一传振螺栓的一端芯部镶嵌钢珠;(2)换向简支传振器由简支传振器、换向施力叉和叉形支撑杆构成,叉形支撑杆的杆端设置支座,支座上设置与桥联支架连接用螺栓孔,叉形支撑杆的两个叉臂上以及换向施力叉的中间位置有相匹配的铰链孔,用铰链轴安装在两者相匹配的孔内将两者铰链在一起,简支传振器施力叉上对应的传振螺栓夹持换向施力叉的叉柄;(3)固支传振器由基座和施力叉构成,两个平行的施力叉叉臂对称固定在基座的中心位置两侧,两个施力叉叉臂上分别设置对应的螺栓孔,螺栓孔上安装传振螺栓,基座上设置与振动试验台台面相连接的螺栓孔。4、桥联支架为支撑换向简支传振器及随动试样夹持器的附件,由两个基座、两个支架腿和一个支架臂构成,在支架臂两端分别设置一个支架腿作为支架臂的支撑,支架腿的底部分别设置基座,基座上有与支撑支架连接的螺栓孔,支架臂上有固定换向简支传振器的螺栓孔和安装随动试样夹持器的光孔,支架臂长度与其衔接的两个支撑支架的间距相匹配。附件组合时,支撑支架安装在振动试验台机架上、桥联支架跨接安装在两个支撑支架上,试样夹持器安装在支撑支架上夹持试样、传振器安装在振动试验台台面上。静态疲劳试验按载荷类型分为:弯曲疲劳试验、扭转疲劳试验、拉-拉或拉-压疲劳试验、弯扭疲劳试验、弯拉或弯压疲劳试验、扭拉或扭压疲劳试验、弯扭拉或弯扭压疲劳试验。按照静态疲劳试验方法,选用组合测试附件组合安装在振动试验台上,对试样实施:弯曲疲劳试验,包括:悬臂弯曲疲劳试验、三点弯曲疲劳试验、四点纯弯疲劳试验;扭转疲劳试验,即四点纯扭疲劳试验;拉_拉或拉-压疲劳试验;弯扭疲劳试验,包括:悬臂弯扭疲劳试验、三点弯扭疲劳试验、四点弯扭疲劳试验;弯拉或弯压疲劳试验,包括:三点弯拉或弯压疲劳试验、四点弯拉或弯压疲劳试验;扭拉或扭压疲劳试验,即四点扭拉或扭压疲劳试验;弯扭拉或弯扭压疲劳试验,包括:三点弯扭拉或弯扭压疲劳试验、四点弯扭拉或弯扭压疲劳试验:1、实施弯曲疲劳试验(I)实施悬臂弯曲疲劳试验,选取支撑支架、固支试样夹持器、简支传振器各I个;试样为条形板,其一端为带螺栓孔的夹持端,夹持端可宽于非夹持部分;将支撑支架的基座安装在振动试验台机架上,将固支试样夹持器的连接端安装在支撑支架的支架臂上,将简支传振器的基座安装在振动试验台台面上,并保持三者同轴线;然后将试样夹持端通过压紧螺栓同轴夹持于固支试样夹持器的板式夹持端,试样非夹持部分的端部通过传振螺栓被本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种电动振动试验台用组合测试附件,组合安装在电动振动试验台上,其特征为由支撑支架、试样夹持器、传振器和桥联支架构成;[1]支撑支架为支撑试样夹持器或桥联支架的附件,由基座、支架腿、支架臂构成,支架腿与支架臂构成直角形支架,在支架腿底部设置基座,基座上有与振动试验台机架的连接孔,支架臂上有连接试样夹持器及桥联支架的连接螺纹孔;[2]试样夹持器是安装在支撑支架或桥联支架上,用来夹持试样的附件,试样夹持器包括:固支试样夹持器、简支试样夹持器、拉‑压施力固支试样夹持器和随动试样夹持器:(1)固支试样夹持器,由连接端和板式夹持端构成,连接端和板式夹持端为撘接错台结构形式,在连接端设置与支撑支架连接用螺栓孔,在板式夹持端设置夹持试样的螺栓孔并安装压紧螺栓;(2)简支试样夹持器,由连接端和方形筒式夹持端构成,在连接端设置与支撑支架连接用螺栓孔,在方形筒式夹持端的四个壁中与连接端连接面同一方向的两壁上对应设置夹持试样的螺栓孔并安装压紧螺栓,另外两壁上对应设置调整试样位置的螺栓孔并安装调整螺栓;(3)拉‑压施力固支试样夹持器由固支试样夹持器和拉‑压力座构成,拉‑压力座为长方体结构,在其垂直方向对称设置与支撑支架连接用螺栓孔,在水平方向设置与固支试样夹持器连接用施力螺栓孔,在固支试样夹持器上与拉‑压力座上施力螺栓孔对应的位置加工安装施力螺栓的螺纹孔;施力螺栓穿过拉‑压力座上的施力螺栓孔旋进固支试样夹持器的施力螺栓螺纹孔;(4)随动试样夹持器,由带叉式夹持端的螺丝杆和与其相匹配的两条弹簧、两个调整螺帽构成,在叉式夹持端的两叉臂上对应设置两对螺栓孔,螺栓孔上安装压紧螺栓;[3]传振器是一端安装在振动试验台台面上,另一端连接试样对试样传振的附件,传振器包括:简支传振器、换向简支传振器、固支传振器:(1)简支传振器由基座、传振体、施力叉、传振螺栓构成,传振体下端设置基座,基座上设置安装在振动试验台台面上的螺栓孔,传振体上端设置施力叉,在施力叉的两叉臂上设置对应的一对螺纹孔,螺纹孔上分别安装传振螺栓,在每一传振螺栓的一端芯部镶嵌钢珠;(2)换向简支传振器由简支传振器、换向施力叉和叉形支撑杆构成,叉形支撑杆的杆端设置支座,支座上设置与桥联支架连接用螺栓孔,叉形支撑杆的两个叉臂上以及换向施力叉的中间位置有相匹配的铰链孔,用铰链轴安装在两者相匹配的孔内将两者铰链在一起,简支传振器施力叉上对应的传振螺栓夹持换向施力叉的叉柄;(3)固支传振器由基座和施力叉构成,两个平行的施力叉叉臂对称固定在基座的中心位置两侧,两个施力叉叉臂上分别设置对应的螺栓孔,螺栓孔上安装传振螺栓,基座上设置与振动试验台台面相连接的螺栓孔;[4]桥联支架为支撑换向简支传振器及随动试样夹持器的附件,由两个基座、两个支架腿和一个支架臂构成,在支架臂两端分别设置一个支架腿作为支架臂的支撑,支架腿的底部分别设置基座,基座上有与支撑支架连接的螺栓孔,支架臂上有固定换向简支传振器的螺栓孔和安装随动试样夹持器的光孔,支架臂长度与其衔接的两个支撑支架的间距相匹配;附件组合时,支撑支架安装在振动试验台机架上、桥联支架跨接安装在两个支撑支架上,试样夹持器安装在支撑支架上夹持试样、传振器安装在振动试验台台面上。...

【技术特征摘要】
1.一种电动振动试验台用组合测试附件,组合安装在电动振动试验台上,其特征为由支撑支架、试样夹持器、传振器和桥联支架构成; [1]支撑支架为支撑试样夹持器或桥联支架的附件,由基座、支架腿、支架臂构成,支架腿与支架臂构成直角形支架,在支架腿底部设置基座,基座上有与振动试验台机架的连接孔,支架臂上有连接试样夹持器及桥联支架的连接螺纹孔; [2]试样夹持器是安装在支撑支架或桥联支架上,用来夹持试样的附件,试样夹持器包括:固支试样夹持器、简支试样夹持器、拉-压施力固支试样夹持器和随动试样夹持器: (1)固支试样夹持器,由连接端和板式夹持端构成,连接端和板式夹持端为搭接错台结构形式,在连接端设置与支撑支架连接用螺栓孔,在板式夹持端设置夹持试样的螺栓孔并安装压紧螺栓; (2)简支试样夹持器,由连接端和方形筒式夹持端构成,在连接端设置与支撑支架连接用螺栓孔,在方形筒式夹持端的四个壁中与连接端连接面同一方向的两壁上对应设置夹持试样的螺栓孔并安装压紧螺栓,另外两壁上对应设置调整试样位置的螺栓孔并安装调整螺栓; (3)拉-压施力固支试样夹持器由固支试样夹持器和拉-压力座构成,拉-压力座为长方体结构,在其垂直方向对称设置与支撑支架连接用螺栓孔,在水平方向设置与固支试样夹持器连接用施力螺栓孔,在固支试样夹持器上与拉-压力座上施力螺栓孔对应的位置加工安装施力螺栓的螺纹孔;施力螺栓穿过拉-压力座上的施力螺栓孔旋进固支试样夹持器的施力螺栓螺纹孔; (4)随动试样夹持器, 由带叉式夹持端的螺丝杆和与其相匹配的两条弹簧、两个调整螺帽构成,在叉式夹持端的两叉臂上对应设置两对螺栓孔,螺栓孔上安装压紧螺栓; [3]传振器是一端安装在振动试验台台面上,另一端连接试样对试样传振的附件,传振器包括:简支传振器、换向简支传振器、固支传振器: (1)简支传振器由基座、传振体、施力叉、传振螺栓构成,传振体下端设置基座,基座上设置安装在振动试验台台面上的螺栓孔,传振体上端设置施力叉,在施力叉的两叉臂上设置对应的一对螺纹孔,螺纹孔上分别安装传振螺栓,在每一传振螺栓的一端芯部镶嵌钢珠; (2)换向简支传振器由简支传振器、换向施力叉和叉形支撑杆构成,叉形支撑杆的杆端设置支座,支座上设置与桥联支架连接用螺栓孔,叉形支撑杆的两个叉臂上以及换向施力叉的中间位置有相匹配的铰链孔,用铰链轴安装在两者相匹配的孔内将两者铰链在一起,简支传振器施力叉上对应的传振螺栓夹持换向施力叉的叉柄; (3)固支传振器由基座和施力叉构成,两个平行的施力叉叉臂对称固定在基座的中心位置两侧,两个施力叉叉臂上分别设置对应的螺栓孔,螺栓孔上安装传振螺栓,基座上设置与振动试验台台面相连接的螺栓孔; (4)桥联支架为支撑换向简支传振器及随动试样夹持器的附件,由两个基座、两个支架腿和一个支架臂构成,在支架臂两端分别设置一个支架腿作为支架臂的支撑,支架腿的底部分别设置基座,基座上有与支撑支架连接的螺栓孔,支架臂上有固定换向简支传振器的螺栓孔和安装随动试样夹持器的光孔,支架臂长度与其衔接的两个支撑支架的间距相匹配;附件组合时,支撑支架安装在振动试验台机架上、桥联支架跨接安装在两个支撑支架上,试样夹持器安装在支撑支架上夹持试样、传振器安装在振动试验台台面上。2.应用权利要求1所述的电动振动试验台用组合测试附件实施的静态疲劳试验方法,其特征为按照静态疲劳试验方法,选用组合测试附件组合安装在振动试验台上,对试样实施:弯曲疲劳试验,包括:悬臂弯曲疲劳试验、三点弯曲疲劳试验、四点纯弯疲劳试验;扭转疲劳试验,即四点纯扭疲劳试验;拉_拉或拉-压疲劳试验;弯扭疲劳试验,包括:悬臂弯扭疲劳试验、三点弯扭疲劳试验、四点弯扭疲劳试验;弯拉或弯压疲劳试验,包括:三点弯拉或弯压疲劳试验、四点弯拉或弯压疲劳试验;扭拉或扭压疲劳试验,即四点扭拉或扭压疲劳试验;弯扭拉或弯扭压疲劳试验,包括:三点弯扭拉或弯扭压疲劳试验、四点弯扭拉或弯扭压疲劳试验: [I]实施弯曲疲劳试验 (1)实施悬臂弯曲疲劳试验,选取支撑支架、固支试样夹持器、简支传振器各I个;试样为条形板,其一端为带螺栓孔的夹持端,夹持端可宽于非夹持部分;将支撑支架的基座安装在振动试验台机架上,将固支试样夹持器的连接端安装在支撑支架的支架臂上,将简支传振器的基座安装在振动试验台台面上,并保持三者同轴线;然后将试样夹持端通过压紧螺栓同轴夹持于固支试样夹持器的板式夹持端,试样非夹持部分的端部通过传振螺栓被夹紧于简支传振器的施力叉;按振动试验台的常规操作方法,控制振动幅度、波形和频率,即可完成悬臂弯曲 疲劳试验; (2)实施三点弯曲疲劳试验,选取支撑支架2个、简支试样夹持器2个、简支传振器I个;试样为条形板,其两端均为无螺栓孔的夹持端,夹持端之一的压紧螺栓压紧点对应位置开有球坑;分别将2个支撑支架的基座安装在两侧振动试验台机架上,分别将2个简支试样夹持器的连接端安装在2个支撑支架的支架臂上,并保持四者同轴线,将简支传振器的基座与支撑支架和简支试样夹持器呈轴线垂直地安装在振动试验台台面上,并使其位于2个简支试样夹持器跨度中央;然后将试样的两个夹持端通过压紧螺栓同轴地分别压紧于2个简支试样夹持器的方形筒式夹持端内,对中上紧方形筒式夹持端两侧的调整螺栓,试样中央通过传振螺栓夹紧于简支传振器的施力叉;按振动试验台的常规操作方法,控制振动幅度、波形和频率,即可完成三点弯曲疲劳试验; (3)实施四点纯弯疲劳试验,选取支撑支架2个、简支试样夹持器2个、简支传振器2个;试样为条形板,其条形板的两端均为无螺栓孔的夹持端,夹持端之一的压紧螺栓压紧点对应位置开有球坑;分别将2个支撑支架的基座安装在两侧振动试验台机架上,分别将2个简支试样夹持器的连接端安装在2个支撑支架的支架臂上,并保持四者同轴线,以2个简支试样夹持器跨度中央为对称轴,将2个简支传振器反对称地置于对称轴两侧,并与支撑支架和简支试样夹持器呈轴线垂直地安装在振动试验台台面上;然后将试样的两个夹持端通过压紧螺栓同轴地分别压紧于简支试样夹持器的方形筒式夹持端内,对中上紧方形筒式夹持端两侧的调整螺栓,试样条形板跨度中央通过传振螺栓夹紧于简支传振器的施力叉;按振动试验台的常规操作方法,控制振动幅度、波形和频率,即可完成四点纯弯疲劳试验; [2]实施扭转疲劳试验 即实施四点纯扭疲劳试验,选取支撑支架2个、桥联支架2个、简支试样夹持器2个、简支传振器2个,换向简支传振器2个;试样为“卄”字形板,其“卄”字形板中间横梁的两端均为无螺栓孔的夹持端,夹持端之一的压紧螺栓压紧点对应位置开有球坑;分别将2个支撑支架的基座安装在两侧振动试验台机架上,分别将2个简支试样夹持器的连接端安装在2个支撑支架的支架臂上,并保持四者同轴线,将2个桥联支架的基座对称安装在2个支撑支架的支架臂上,以2个简支试样夹持器跨度中央为对称轴,将2个独立的简支传振器和2个构成换向简支传振器的简支传振器呈前后反对称置于对称轴两侧,并与支撑支架和简支试样夹持器呈轴线垂直地安装在振动试验台台面上;将2个换向简支传振器的叉形支撑杆的支座安装在与构成这2个换向简支传振器的简支传振器相对应的桥联支架的支架臂上,将2个换向施力叉的叉柄同轴压紧于所对应的简支传振器的施力叉内;然后将试样“卄”形板中间横梁的两个夹持端通过压紧螺栓同轴地分别压紧于2个简支试样夹持器的方形筒式夹持端内,对中上紧方形筒式夹持端两侧的调整螺栓,试样“卄”形板两侧翼板的端部通过传振螺栓分别夹紧于所对应的独立的简支传振器和换向简支传振器换向施力叉的叉臂内;按振动试验台的常规操作方法,控制振动幅度、波形和频率,即可完成四点纯扭疲劳试验; [3]实施拉-拉或拉-压疲劳试验 选取支撑支架2个、桥联支架I个、固支传振器I个、随动试样夹持器I个;试样为条形板,其条形板的两端均为带螺栓孔的夹持端;分别将2个支撑支架的基座安装在两侧振动试验台机架上,将桥联支架的基座安装在2个支撑支架的支架臂上,将固支传振器的基座安装在振动试验台台面上;将随动试样夹持器安装在桥联支架的支架臂中央的光孔中,穿过桥联支架上下两侧的随动试样夹持器的螺丝杆分别放置弹簧,弹簧两端用调整螺帽固定,通过调节调整螺帽的位置,实现弹簧预紧力对试样的拉、压加载;然后将条形板试样的两个夹持端通过压紧螺栓分别同轴地固定于随动试样夹持器的叉式夹持端和固支传振器的施力叉内;按振动试验台的常规操作方法,控制振动幅度、波形和频率,调整即可完成拉-拉或拉-压疲劳试验; [4]实施弯扭疲劳试验 (1)...

【专利技术属性】
技术研发人员:王威强王鹏飞张明刘燕李剑峰
申请(专利权)人:山东大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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