一种金属疲劳试验机与疲劳试验方法技术

本发明专利技术公开一种金属疲劳试验机与疲劳试验方法，可测试矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度；通过夹持试件两端并施加载荷，在交变载荷作用下，试件所受应力水平低于材料的屈服极限，经过长时间的应力反复循环作用，测试出矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度；载荷、弯曲应力可以调节、频率可以随意调节；省电无需水源，使用成本低，一般电机的功率只有几千瓦或几百瓦；可实现高负荷、高效率、高精准度、低消耗实验，从而缩短实验时间，降低实验费用；零部件损伤较轻，使用寿命长，几乎免维护的电机可以长时间不间断的使用；安装维护简单方便，不用经常停机更换液压油等工作，后续的电机维护成本几乎为零，维护成本低；使用电能，干净无污，稳定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种金属疲劳试验机与疲劳试验方法


[0001]本专利技术属于测量
，涉及一种金属疲劳试验机与疲劳试验方法，尤其涉及一种矩形薄板金属试件试验机与疲劳试验方法；特别适用于测试矩形薄板金属试件疲劳强度。

技术介绍

[0002]疲劳试验机用于进行测定金属、合金材料及其构件在室温状态下的拉伸、压缩或拉压交变负荷的疲劳特性、疲劳寿命、预制裂纹及裂纹扩展试验。
[0003]金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法、金属扭应力疲劳试验方法等。
[0004]GB/T12443 《金属室温扭应力疲劳试验方法》，其试样工作部分形状为圆柱形或漏斗形；试样工作部分截面为圆形；现有的疲劳试验机可以测试操作关节、固接件、螺旋运动件等金属、合金构件,但无法准确测试矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度。
[0005]现有的金属扭应力疲劳试验机有高频疲劳试验机、低频疲劳试验机。
[0006]高频疲劳试验机根据电磁谐振的原理工作，依靠电磁铁的震荡施加载荷，是载荷比较大20KN
‑
300KN，频率80
‑
250Hz测试时间短的首选。可调频率只有固定几个档，无法随意调节。
[0007]低频疲劳试验机根据电液伺服的原理工作，依靠液压作动缸的往复运动施加载荷，泵必须连续运转，能源成本很高；由于传动装置和/或伺服阀的密封件摩擦，分辨率和保真度可能受到限制，而且传动装置的活动质量非常高，系统价格昂贵；大载荷5KN
‑
1000KN低频率0
‑
10Hz的首选，一般建议在10Hz左右使用；当在20Hz，30Hz工作时， 液压伺服阀、密封圈等等部件的摩擦损伤太大，液压疲劳试验机的寿命会受到重大的影响；在多轴应用时由于摩擦，传动装置的侧向负荷还会引起波形扭曲或密封件磨损等问题；液压疲劳试验机它有许多活动部件和密封件，液压疲劳试验机需要定期停机做一些维护；油被看作有害废料，一旦污染就必须更换；维护费用高。

技术实现思路

[0008]本专利技术公开了一种金属疲劳试验机与疲劳试验方法，以解决现有技术中无法准确测试矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度，以及疲劳试验机频率无法随意调节、价格昂贵、零部件损伤快、存在泄露污染、试验机寿命短、维护费用高等问题。
[0009]本专利技术疲劳试验机包括：基座支架、下夹持装置、传感器支架、光电传感器、上夹持装置、连接板、轴承固定装置、连接轴、轴承、转动盘、电机、控制电箱；基座支架包括水平底座、中心支撑台，以及两侧对称的侧方支撑台；基座支架的水平底座上具有滑道，侧方支撑台可沿滑道调节间距；下夹持装置、传感器支架、光电传感器、上夹持装置每种数量两个,称布置在中心支撑台两侧；下夹持装置紧固安装在基座支架的侧方支撑台侧部；传感器支架紧固安装在基座支架的侧方支撑台上部；光电传感器紧固安装在传感器支架上；上夹持装
置与连接板铰接连接；连接板紧固连接轴承固定装置；轴承固定安装在轴承固定装置中；连接轴穿过轴承与转动盘垂直紧固连接；电机紧固安装在基座支架的中心支撑台上；电机驱动轴与转动盘紧固连接；控制电箱电控连接光电传感器与电机；下夹持装置夹持试件下端，上夹持装置夹持试件上端；控制电箱启动电机，电机驱动转动盘，带动连接轴、连接板及上夹持装置，在试件上端施加均匀平稳载荷，使试件产生往复循环挠度变化；控制电箱内的PLC控制器记录运动次数、时间等实验数据；经过长时间的应力反复循环作用，可测试出矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度。
[0010]本专利技术金属疲劳试验方法，包括：第一步，制作试件；工作部分形状为薄板状矩形，试样工作部分截面为矩形；试件的长度等于夹持试件的跨度与上下夹持装置的夹持宽度之和；根据选取弯曲应力，以及设定试件的挠度、宽度、厚度、弹性模量，根据单跨直梁模型计算公式：σ
max
=M/W......式（1）M=FL......式（2）W=I/（t/2）......式（3）y
max
=F*L3/(3*E*I)......式（4）式中:σ
max
‑
最大弯曲应力；M
‑
弯矩；W
‑
抗弯界面系数；y
‑
挠度；F
‑
作用在试样的力；L
‑
作用力点到固定端的距离（跨度）；I
‑
惯性矩；t
‑
试样厚度；E
‑
弹性模量。
[0011]由式（1）、式（2）、式（3）、式（4）导出：σ
max
=1.5*E*t*y
max
/L2，计算导出夹持试件跨度L=（1.5*E*t*y
max
/σ
max
）
1/2
；截取方向为原材料长度方向，制作数量为偶数件，数量不小于10件；第二步，夹持试件，每次试验夹持试件两件；在试件表面标记好夹持的跨度上下的位置，保证夹持后跨度与计算一致；先夹持试件下端，将试件插入下夹持装置中间位置，使标记的位置与下夹持装置上表面保持在同一水平面，同时使试件长度方向与下夹持装置上表面保持水平垂直，扭紧螺栓夹紧试件；再夹持试件上端，将试件插入上夹持装置中间位置，使标记的位置与上夹持装置上表面保持在同一水平面，同时使试件长度方向与下夹持装置上表面保持水平垂直，扭紧螺栓夹紧试件；两侧光电传感器位于可始终能检测记录到试件运动次数的位置；第三步，疲劳试验机状态调整；调整电机至合适频率，清空运行时间与记录次数；第四步，试验测试，每次试验同时测试试件两件；打开开关使电机旋转，试样在某一循环弯曲应力下，开始进行测试；待试件发生疲劳断裂后，停止实验，记录数据；若有50%试样能够承受二百万次循环负荷，而在某一循环弯曲应力以上，均无50%试样能够承受，该应力即为疲劳强度；若有50%试样能够承受二百万次循环负荷，则提升弯曲应力，重复上述实验步骤多次实验；若试样在某一循环弯曲应力下，无法满足50%试样能够承受二百万次循环负荷，则降低弯曲应力，重复上述实验步骤多次实验，得到试件疲劳强度测试数据。
[0012]本专利技术优化方案：调节基座支架的两侧侧方支撑台距离，可改变实验所需施加的弯曲应力，调节改变实验所需试件挠度；本专利技术优化方案：传感器支架上具有光电传感器位置调节滑道，调节基座支架的
两侧侧方支撑台距离，可调节试件夹持长度；当试件夹持长度调节变化，调节光电传感器在传感器支架的位置，使两侧光电传感器位于可始终检测记录试件运动次数的位置。
[0013]优点是：可准确测试矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度；通过夹持试件两端并施加载荷来实现往复运动，能在此交变载荷的作用下，试件所受应力水平低于材料的屈服极限，经过长时间的应力反复循环作用，测试出矩形薄板金属试件弯曲疲劳强度；载荷、弯曲应力可以调节、频率可以随意调节；省电无需水源，使用成本低，一般电机的功率只有几千瓦或几百瓦；可实现高负荷、高效率、高精准度、低消耗实验，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属疲劳试验机，其特征在于：基座支架、下夹持装置、传感器支架、光电传感器、上夹持装置、连接板、轴承固定装置、连接轴、轴承、转动盘、电机、控制电箱；基座支架包括水平底座、中心支撑台，以及两侧对称的侧方支撑台；基座支架的水平底座上具有滑道，侧方支撑台可沿滑道调节间距；下夹持装置、传感器支架、光电传感器、上夹持装置每种数量两个,称布置在中心支撑台两侧；下夹持装置紧固安装在基座支架的侧方支撑台侧部；传感器支架紧固安装在基座支架的侧方支撑台上部；光电传感器紧固安装在传感器支架上；上夹持装置与连接板铰接连接；连接板紧固连接轴承固定装置；轴承固定安装在轴承固定装置中；连接轴穿过轴承与转动盘垂直紧固连接；电机紧固安装在基座支架的中心支撑台上；电机驱动轴与转动盘紧固连接；控制电箱电控连接光电传感器与电机；下夹持装置夹持试件下端，上夹持装置夹持试件上端；控制电箱启动电机，电机驱动转动盘，带动连接轴、连接板及上夹持装置，在试件上端施加均匀平稳载荷，试件产生往复循环挠度变化。2.权利要求1所述金属疲劳试验机的试验方法，其特征在于：第一步，制作试件；工作部分形状为薄板状矩形，试样工作部分截面为矩形；试件的长度等于夹持试件的跨度与上下夹持装置的夹持宽度之和；根据选取弯曲应力，以及设定试件的挠度、宽度、厚度、弹性模量，计算夹持试件跨度L=（1.5*E*t*y
max
/σ
max
）
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；截取方向为原材料长度方向，制作数量为偶数件，数量不小于10件；第二步，夹持试件，每次试验夹持试件两件；在试件表面标记好夹持的跨度上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：管玉昌，高旭，刘向飞，陈慧磊，王震，
申请(专利权)人：敦化市拜特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：