一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于复合材料结构疲劳测试技术领域，公开了一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法，试验装置包括双悬臂梁振动测试系统、电子采集系统和测量与控制系统；本发明专利技术采用偏心电机带动待测梁振动，相较于激振器体积小、耗能少,具有方便携带的特点,本发明专利技术利用双悬臂振动梁反向共振带动待测梁振动,提高了测试效率,节省了能源,并且相较于现有的测试设备,拓宽了待测梁的振幅范围,本发明专利技术对偏心电机进行了精确控制,使用了多种精密仪器对待测材料疲劳特性从光学、声学、时域波形等多个方面进行了测量分析，具有极高的测试精度，本发明专利技术设备简单，部件多采取可拆卸式的设计，拆卸方便，便携性好，易操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法
本专利技术属于复合材料结构疲劳测试
，具体涉及一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法。
技术介绍
随着研究的不断深入，纤维增强复合材料比强度高、比模量高、热稳定性好，还有一定的阻尼减振能力等等许多优越的性能为人们所知，它们不仅广泛应用于航空航天等高
,还可用于文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、建筑材料、化工机械、运输车辆等方面。但是，复合材料构件在使用过程中,往往会由于应力和环境因素而产生损伤以至破坏,其中疲劳损伤为其主要破坏形式之一。疲劳损伤的产生、扩展与积累会加剧材料的环境与应力腐蚀,加速材料的老化,造成材料耐环境性能严重下降和强度与刚度的急剧损失,大大降低材料的使用寿命,甚至会造成灾难性后果。所以,对复合材料及其制件的疲劳性能进行研究是极为重要的，这对于以后复合材料的研究及制造都具有很大的意义。目前，人们在复合材料疲劳测试领域进行了深入的研究，已经设计出了一些疲劳试验机。专利CN108801823A利用激振器来对飞机结构进行测量，提供一种多尺度的复合材料结构局部疲劳评估方法及系统，但激振器并不适合大型结构的测量，在测量类似机翼等大型部件时将会遇到困难。专利CN105004618A采用了偏心轮进行测试，提供一种橡胶复合材料疲劳分析试验方法，但其仅针对橡胶类复合材料进行了研究，研究范围窄，同时在测量过程中对偏心轮的控制不足，没有考虑通过控制偏心轮使材料达到共振进而达到提高效率的效果。专利CN107966354A采用铺层单向板对复合材料疲劳进行测量，提供一种复合材料的疲劳寿命预测方法、装置及电子设备，但其过分依赖现有数据库的支持，对新型复合材料的疲劳性能的研究能力不足。电液伺服方法可以实现大载荷加载，但工作效率低。电磁谐振方法，运用电子控制技术可以达到节能的目的，但是振幅小，且不容易控制。随着纤维增强复合材料的广泛使用，传统的万能材料试验机虽然在某种程度上可以对材料进行评估，如可以对材料进行拉伸、压缩、扭转等单独的静载荷加载，并且对此评估力对疲劳特征的影响，测试频率很低(约为3～10Hz)不能开展动态疲劳测试。万能材料试验机具有很大的局限性，不适用于现阶段纤维增强复合材料疲劳特性的测量与评估。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题,本专利技术提供一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法，技术方案如下：一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，包括双悬臂梁振动测试系统、电子采集系统和测量与控制系统；所述双悬臂梁振动测试系统包括，两根悬臂振动梁、偏心电机和底板，底板顶部左侧固定装配有左侧固定板，底板顶部右侧滑动装配有右侧固定板，左侧固定板和右侧固定板平行设置，两根悬臂振动梁设置在左侧固定板与右侧固定板之间，左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板固定连接，右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板固定连接，左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端均悬空设置并分别装配有偏心电机，待测梁的两端分别与左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端固定连接，左侧悬臂振动梁、右侧悬臂振动梁和待测梁共线设置，两个偏心电机以待测梁为中心对称设置，且两个偏心电机之间有半个周期的相位差；所述电子采集系统包括位移传感器、试验记录仪16和数据采集卡，所述位移传感器有三个，分别设置于左侧悬臂振动梁右端的下方、右侧悬臂振动梁左端的下方、待测梁的上方，用于测量悬臂振动梁和待测梁的振动形变量，试验记录仪16设置于待测梁的后方，用于记录试验记录，数据采集卡分别与各位移传感器以及试验记录仪16电连接，用于存储位移传感器和试验记录仪16所采集的数据；所述测量与控制系统包括数控面板21,所述数控面板21与底板固定连接,数控面板21分别与数据采集卡和两个偏心电机电连接,数控面板21内置有基于LabVIEW的测控软件,用于接收并记录试验记录仪16的试验记录，整合数据采集卡中的数据以进行全面的分析。所述电子采集系统还包括声音传感器和电子显微镜，声音传感器设置在待测梁的下方，电子显微镜设置在待测梁的上方，且声音传感器和电子显微镜均与数据采集卡电连接；位于左侧悬臂振动梁右端的下方和右侧悬臂振动梁左端的下方的位移传感器具体为电涡流位移传感器，位于待测梁上方的位移传感器具体为激光位移传感器。所述底板顶部设置有第一导轨，所述第一导轨与悬臂振动梁平行设置，第一导轨上滑动装配有第一导轨滑块，右侧固定板固定装配在第一导轨滑块顶部，所述第一导轨滑块与第一导轨之间设置有机械锁死机构。所述左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板之间、右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板之间均通过悬臂梁夹紧装置固定连接，所述悬臂梁夹紧装置包括下紧固支撑装置、上紧固装置和下紧固支撑垫块，所述下紧固支撑装置与左侧固定板或右侧固定板固定连接，上紧固装置通过螺栓与下紧固支撑装置连接，悬臂振动梁夹在上紧固装置与下紧固支撑装置之间，左侧悬臂振动梁与左侧固定板之间、右侧悬臂振动梁与右侧固定板之间均留有间隙，下紧固支撑垫块装配于所述间隙中，且所述下紧固支撑垫块的厚度小于悬臂振动梁的厚度。所述悬臂振动梁的断裂韧性至少为所述底板上还设置有第二导轨，所述第二导轨与悬臂振动梁平行设置，所述第二导轨上滑动装配有三个下导轨支架，三个下导轨支架的顶部从左至右分别设置电涡流位移传感器、声音传感器和电涡流位移传感器。所述左侧固定板和右侧固定板的顶部设置有上支撑梁，上支撑梁顶部装配有第三导轨，所述第三导轨与悬臂振动梁平行设置，第三导轨上滑动装配有两个上导轨支架，两个上导轨支架的底部从左至右分别设置激光位移传感器和电子显微镜。所述待测梁的两端分别与左侧悬臂振动梁、右侧悬臂振动梁可拆卸式连接,左侧悬臂振动梁的右端面和右侧悬臂振动梁的左端面均开设有连接孔,待测梁的两端分别插入两侧的连接孔中,左侧悬臂振动梁右侧顶部和右侧悬臂振动梁的左侧顶部均设置有锁紧螺钉,两个锁紧螺钉分别与左侧悬臂振动梁和右侧悬臂振动梁螺接,且两个锁紧螺钉的螺杆分别延伸至两侧的连接孔中与待测梁左右两侧顶部接触。所述试验装置右侧设置有右拱门，右拱门与底板顶部固定连接，右拱门外侧固定装配有右防护罩，所述试验装置前侧设置有前防护罩，前防护罩与底板顶部固定连接，所述试验装置的顶部、后侧和左侧均设置有防护板；所述底板下方设置有支撑装置，所述支撑装置包括支撑腿和支撑角铁，所述支撑腿由上至下设置有多组固定孔，底板通过其中一组固定孔与支撑腿螺栓连接，支撑角铁固定装配于支撑腿的底部。一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验方法，前述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，包括以下步骤:步骤1、使用左侧固定板和右侧固定板的上的悬臂梁夹紧装置分别将两根悬臂振动梁夹紧，并将两个偏心电机分别装配在两个悬臂振动梁的悬空端；步骤2、将待测复合材料制成大小合适的待测梁，并通过锁紧螺钉固定于两侧的悬臂振动梁之间，调整两侧偏心电机的位置，分别测量左侧偏心电机中心距离左侧悬臂振动梁右端的距离、右侧偏心电机中心距离右侧悬臂振动梁左端的距离、待测梁尺寸以及悬臂振动梁尺寸，给各系统通电，将上述测量的距离和尺寸输入至数控面板21内置的测控软件中；步骤3、关闭右防护罩和前防护罩，启动两个偏心电机，激光位移传感器和电涡流位移传感器将两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，包括双悬臂梁振动测试系统、电子采集系统和测量与控制系统；所述双悬臂梁振动测试系统包括，两根悬臂振动梁、偏心电机和底板，底板顶部左侧固定装配有左侧固定板，底板顶部右侧滑动装配有右侧固定板，左侧固定板和右侧固定板平行设置，两根悬臂振动梁设置在左侧固定板与右侧固定板之间，左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板固定连接，右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板固定连接，左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端均悬空设置并分别装配有偏心电机，待测梁的两端分别与左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端固定连接，左侧悬臂振动梁、右侧悬臂振动梁和待测梁共线设置，两个偏心电机以待测梁为中心对称设置，且两个偏心电机之间有半个周期的相位差；所述电子采集系统包括位移传感器、试验记录仪和数据采集卡，所述位移传感器有三个，分别设置于左侧悬臂振动梁右端的下方、右侧悬臂振动梁左端的下方、待测梁的上方，用于测量悬臂振动梁和待测梁的振动形变量，试验记录仪设置于待测梁的后方，用于记录试验记录，数据采集卡分别与各位移传感器以及试验记录仪电连接，用于存储位移传感器和试验记录仪所采集的数据；所述测量与控制系统包括数控面板,所述数控面板与底板固定连接,数控面板分别与数据采集卡和两个偏心电机电连接,数控面板内置有基于LabVIEW的测控软件,用于接收并记录试验记录仪的实验记录，整合数据采集卡中的数据以进行全面的分析。...

【技术特征摘要】
1.一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，包括双悬臂梁振动测试系统、电子采集系统和测量与控制系统；所述双悬臂梁振动测试系统包括，两根悬臂振动梁、偏心电机和底板，底板顶部左侧固定装配有左侧固定板，底板顶部右侧滑动装配有右侧固定板，左侧固定板和右侧固定板平行设置，两根悬臂振动梁设置在左侧固定板与右侧固定板之间，左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板固定连接，右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板固定连接，左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端均悬空设置并分别装配有偏心电机，待测梁的两端分别与左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端固定连接，左侧悬臂振动梁、右侧悬臂振动梁和待测梁共线设置，两个偏心电机以待测梁为中心对称设置，且两个偏心电机之间有半个周期的相位差；所述电子采集系统包括位移传感器、试验记录仪和数据采集卡，所述位移传感器有三个，分别设置于左侧悬臂振动梁右端的下方、右侧悬臂振动梁左端的下方、待测梁的上方，用于测量悬臂振动梁和待测梁的振动形变量，试验记录仪设置于待测梁的后方，用于记录试验记录，数据采集卡分别与各位移传感器以及试验记录仪电连接，用于存储位移传感器和试验记录仪所采集的数据；所述测量与控制系统包括数控面板,所述数控面板与底板固定连接,数控面板分别与数据采集卡和两个偏心电机电连接,数控面板内置有基于LabVIEW的测控软件,用于接收并记录试验记录仪的实验记录，整合数据采集卡中的数据以进行全面的分析。2.根据权利要求1所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述电子采集系统还包括声音传感器和电子显微镜，声音传感器设置在待测梁的下方，电子显微镜设置在待测梁的上方，且声音传感器和电子显微镜均与数据采集卡电连接；位于左侧悬臂振动梁右端的下方和右侧悬臂振动梁左端的下方的位移传感器具体为电涡流位移传感器，位于待测梁上方的位移传感器具体为激光位移传感器。3.根据权利要求2所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述底板顶部设置有第一导轨，所述第一导轨与悬臂振动梁平行设置，第一导轨上滑动装配有第一导轨滑块，右侧固定板固定装配在第一导轨滑块顶部，所述第一导轨滑块与第一导轨之间设置有机械锁死机构。4.根据权利要求3所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板之间、右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板之间均通过悬臂梁夹紧装置固定连接，所述悬臂梁夹紧装置包括下紧固支撑装置、上紧固装置和下紧固支撑垫块，所述下紧固支撑装置与左侧固定板或右侧固定板固定连接，上紧固装置通过螺栓与下紧固支撑装置连接，悬臂振动梁夹在上紧固装置与下紧固支撑装置之间，左侧悬臂振动梁与左侧固定板之间、右侧悬臂振动梁与右侧固定板之间均留有间隙，下紧固支撑垫块装配于所述间隙中，且所述下紧固支撑垫块的厚度小于悬臂振动梁的厚度。5.根据权利要求4所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述悬臂振动梁的断裂韧性至少为6.根据权利要求5所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述底板上还设置有第二导轨，所述第二导轨与悬臂振动梁平行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，戴哲鑫，黄浩诚，石有泰，王俊，王东升，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21