一种模拟声疲劳S-N曲线测试的系统及方法技术方案

本申请一种模拟声疲劳S

【技术实现步骤摘要】
一种模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统及方法


[0001]本申请属于声疲劳测试
，特别涉及一种模拟声疲劳S
‑
N曲线的测试方法。

技术介绍

[0002]飞机和火箭等飞行器的金属或复材结构在高强度噪声的反复作用下会产生裂纹或断裂。声疲劳是由随机应力导致的高周疲劳，S
‑
N曲线是一种名义应力与失效循环次数的曲线，因此声疲劳S
‑
N曲线为随机载荷作用下材料或结构的应力与失效循环次数的曲线，其有别于常规的S
‑
N曲线。通过多件试验件得到的S
‑
N曲线可以用于相同材料的结构件在给定应力情况下估算其疲劳寿命。声疲劳S
‑
N曲线测试时通常使用试验件共振频率下降的失效判据。由于声疲劳试验成本很高，因此声疲劳S
‑
N曲线测试时通常使用振动台施加随机振动载荷来模拟声载荷。
[0003]模拟声疲劳S
‑
N曲线采用成组法开展，不同置信度的模拟声疲劳S
‑
N曲线对试验件的数量要求不同，置信度要求越高，每组试验件中的数量需求越多。对于金属材料/结构要得到置信度95％的模拟声疲劳S
‑
N曲线，每组至少需要8个试验件。而复材由于其本身的分散性比较大，因此其对试验件的数量需求更多。一般可以通过应变片监测试验件的共振频率，但是随机振动试验时，特别是高量级试验，应变片不能长时间存活，若要全程监测试验件共振频率的变化，需要不停的停机补贴应变片，导致试验周期长，工作量增加；也可使用非接触设备来监测试验件共振频率的变化，多个试验件同时开展试验，若想全程监测所有试验件的共振频率，要么使用与试验件数量相同的非接触设备，要么工作人员手动调整非接触设备的位置，无论采用哪种方式，都会大大增大试验成本，而工作人员手动调整非接触试验设备，还会导致工作人员长时间暴露在振动噪声环境中，对身体造成伤害。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供了一种模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统及方法，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0005]本申请的技术方案是：一种模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，所述系统包括：
[0006]多个与结构件的主要破坏模式相同的试验件；
[0007]用于向多个试验件提供随机振动载荷的振动台，多个所述试验件在所述振动台上周向均匀分布；
[0008]设置在所述振动台上的试验夹具，通过所述试验夹具夹持固定多个所述试验件；
[0009]设置在振动台上方的旋转装置，所述旋转装置用于承载非接触测量设备并使非接触测量设备按预定转动角度及时间间隔测量每个试验件；
[0010]安装在所述旋转装置上的非接触测量设备，所述非接触测量设备用于测量试验件的共振频率。
[0011]在本申请优选实施方式中，所述振动台的随机振动载荷带宽包含试验件的主要共振频率。
[0012]在本申请优选实施方式中，所述试验夹具根据试验件的结构形式进行设计，且所述试验夹具满足振动试验的刚度要求。
[0013]在本申请优选实施方式中，所述旋转测量装置包括转动模块、连接件和可伸缩模块，所述连接件设置在转动模块与可伸缩模块之间，非接触测量设备安装在可伸缩模块上，通过转动模块能够控制非接触测量设备以预定旋转角度及转速进行旋转，从而能够测量振动台上周向均布的每个试验件，通过控制所述可伸缩模块实现非接触测量设备对振动台上周向不同半径的试验件进行测量。
[0014]在本申请优选实施方式中，所述转动模块包括步进电机。
[0015]在本申请优选实施方式中，所述可伸缩模块包括直线型步进电机。
[0016]在本申请优选实施方式中，所述非接触测量设备为激光位移计及激光测振仪。
[0017]在本申请优选实施方式中，所述系统还包括：数据处理模块，所述数据处理接收非接触测量设备测量的共振频率，根据所述共振频率的变化判断所述试验件是否发生破坏。
[0018]另外，本申请还提供了一种模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的方法，所述方法采用如上任一所述的模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，所述方法包括：
[0019]1)根据S
‑
N曲线或ε
‑
N曲线测试需求构建试验件，其中，所述试验件的主要破坏模式与结构件的主要破坏模式相同；
[0020]2)根据试验件的结构形式构建试验夹具，通过试验夹具将试验件周向均布的安装在振动台上，使用振动台施加随机振动载荷以模拟随机噪声；
[0021]3)将非接触测量设备安装在旋转装置上，控制旋转装置对准其一的试验件，并控制旋转装置安装预定转动角度、时间间隔转动，使非接触测量设备按照预定转动角度及时间间隔运动，从而测量振动台上周向均布的每个试验件；
[0022]4)根据试验件测量的共振频率的变化判断试验件是否破坏，若判断某个试验件破坏，则停止加载，确认该试验件是否破坏，若确认破坏，则拆除破坏的试验件，其余试验件试验继续，直至该组所有试验件破坏。
[0023]在本申请优选实施方式中，所述试验件的共振频率变化是指共振频率下降率，即实时测到的共振频率与该试验件试验初始时的共振频率的差值与共振频率初始值的比值。
[0024]本申请提供的模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统及方法可以实现一台非接触测量设备对多个试验件共振频率的不间断测量，监测过程中通过试验件共振频率的变化来判断试验件是否破坏，监测过程不会因加载量级而导致测量数据丢失，不受载荷量级的影响，同时可减少工作人员在振动噪声环境中的暴露时间，提高人员安全性。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0026]图1为本申请的模拟声疲劳S
‑
N曲线的测试系统结构示意图。
[0027]图2为本申请一实施例的试验件分布示意图。
[0028]图3为本申请一实施例的旋转装置示意图。
[0029]附图标记：
[0030]1‑
振动台
[0031]2‑
试验夹具
[0032]3‑
试验件
[0033]4‑
旋转装置
[0034]5‑
非接触测量设备
具体实施方式
[0035]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0036]为了实现通过可自动调节的非接触测量设备来监测试验件共振频率，本申请提供了一种模拟声疲劳S
‑
N曲线的测试系统及方法。
[0037]如图1所示，本申请首先提供了一种模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，该系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，其特征在于，所述系统包括：多个与结构件的主要破环模式相同的试验件；用于向多个试验件提供随机振动载荷的振动台，多个所述试验件在所述振动台上周向均匀分布；设置在所述振动台上的试验夹具，通过所述试验夹具夹持固定多个所述试验件；设置在振动台上方的旋转装置，所述旋转装置用于承载非接触测量设备并使非接触测量设备按预定转动角度及时间间隔测量每个试验件；安装在所述旋转装置上的非接触测量设备，所述非接触测量设备用于测量试验件的共振频率。2.如权利要求1所述的模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，其特征在于，所述振动台的随机振动载荷带宽包含试验件的主要共振频率。3.如权利要求1所述的模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，其特征在于，所述试验夹具根据试验件的结构形式进行设计，且所述试验夹具满足振动试验的刚度要求。4.如权利要求1所述的模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，其特征在于，所述旋转测量装置包括转动模块、连接件和可伸缩模块，所述连接件设置在转动模块与可伸缩模块之间，非接触测量设备安装在可伸缩模块上，通过转动模块能够控制非接触测量设备以预定旋转角度及转速进行旋转，从而能够测量振动台上周向均布的每个试验件，通过控制所述可伸缩模块实现非接触测量设备对振动台上周向不同半径的试验件进行测量。5.如权利要求4所述的模拟声疲劳S
‑
N曲线测试的系统，其特征在于，所述转动模块包括步进电机。6.如权利要求4所述的模拟声疲劳S
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N曲线测试的系统，其特征在于，所述可伸缩模块包括直线型步进电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琰，郭定文，许绯，刘洋，屈超，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：