一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法技术

本发明专利技术属于疲劳试验领域，具体涉及一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法；包括将试件安装在电磁驱动式高频疲劳试验机上，施加静载；根据电磁驱动式高频疲劳试验机的谐振部分的属性值预估固有频率；根据固有频率预估值对扫频范围进行预判断，得到预判共振频率；根据预判共振频率设置扫描频率初始值，并输入激励信号；采用相位差计监测谐振信号与激励信号的相位差，根据相位差识别出电磁驱动式高频疲劳试验机的共振频率；本发明专利技术对谐振系统的固有频率进行了预判断，缩减了扫频范围，提高了试验效率；并提出了量化的指标判断谐振系统的共振频率，提高了共振频率识别的精准度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法


[0001]本专利技术属于疲劳试验领域，具体涉及一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法。

技术介绍

[0002]疲劳破坏是指零部件或某种材料所受载荷在低于其应力极限的情况下，经过数次循环载荷后突然发生断裂的破坏。在航空航天、土木建筑、汽车以及医疗等领域，由疲劳破坏的形式造成零部件失效的占比很高。疲劳破坏发生前一般没有任何征兆，当零部件达到疲劳寿命极限时，零部件会突然断裂失效。根据零部件的关键程度，轻则造成财产损失，重则威胁到人的生命安全。所以在零部件发生疲劳破坏之前将其更换为新的零部件就可以较大程度地保持机器的正常运转，保护人们的人身与财产安全。因此，我们需要得知零部件或是材料的疲劳特性，但是目前通过数值计算零部件或是材料疲劳寿命的理论并不完善。所以，利用疲劳试验机对零部件或是材料进行疲劳试验以获得其精准的疲劳寿命是十分有必要的。
[0003]高频疲劳试验机的共振原理为：通过电磁铁激励使谐振系统发生共振进而快速进行疲劳试验。按照高频疲劳试验机行业标准，其共振频率为80～300Hz。谐振部分的固有频率会随着试件的改变而改变，所以在进行疲劳试验之前，通过扫频找到特定谐振部分的固有频率是十分关键的。传统的扫频是从80Hz开始，直至300Hz停止，或是通过谐振部分的振幅
‑
频率曲线，人为识别到达共振频率时终止扫频。此过程存在扫频时间长、共振频率识别不精准等不足之处。因此，若能对扫频范围进行预判断以及用量化的指标完成共振频率点的识别将缩短扫频的时间并提高共振频率点的识别精度。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法，包括以下步骤：
[0005]S1.将试件安装在电磁驱动式高频疲劳试验机上，施加静载；
[0006]S2.根据电磁驱动式高频疲劳试验机的谐振部分的属性值预估固有频率；
[0007]S3.根据固有频率预估值对扫频范围进行预判断，得到预判共振频率；
[0008]S4.根据预判共振频率设置扫描频率初始值，并输入激励信号；
[0009]S5.采用相位差计监测谐振信号与激励信号的相位差，根据相位差识别出电磁驱动式高频疲劳试验机的共振频率。
[0010]进一步的，步骤S2所述谐振部分的属性值包括谐振部分的总质量和总刚度；其中，忽略试件质量对谐振部分谐振部分的总质量的影响，谐振部分的总质量在其出厂时测量得到，后续通过砝码质量块进行调节。
[0011]进一步的，没有施加静载力时，通过弓形环与试件的刚度计算谐振部分的总刚度，计算公式为：
[0012]k＝2
×
k1+k2[0013]其中，k1为一个弓形环的刚度；k2为试件的刚度，其计算公式为：
[0014][0015]其中，E为试件的杨氏模量；A为试件的有效截面积；l为试件的有效长度。
[0016]进一步的，施加静载力时，获取力传感器与位移传感器的测量数据并计算谐振部分的总刚度，计算公式为：
[0017][0018]其中，F
静
为静载力；x为施加静载力时谐振部分的变形量。
[0019]进一步的，根据谐振部分的属性值预估固有频率，预估公式为：
[0020][0021]其中，ω
n
表示谐振系统的固有频率；k表示谐振系统的总刚度；m表示谐振系统的总质量。
[0022]进一步的，步骤S5的具体过程为：
[0023]S51.实时获取谐振信号，计算谐振信号与激励信号的相位差；
[0024]S52.判断相位差是否等于90
°
，若是，则执行步骤S53；若不是，则执行步骤S54；
[0025]S53.识别出当前的激励信号的频率作为共振频率，并以当前的激励信号进行加载，设置目标动载荷开始疲劳试验；
[0026]S54.若相位差小于90
°
，则提高激励信号的频率并返回步骤S51；若相位差大于90
°
，则降低激励信号的频率并返回步骤S51。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术设计的电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法在不改变高频疲劳试验机基本结构的前提下，对谐振系统的固有频率进行了预判断，缩减了扫频范围，提高了试验效率；并提出了量化的指标判断谐振系统的共振频率，提高了共振频率识别的精准度。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中疲劳试验机共振频率识别方法的流程图；
[0030]图2为本专利技术中预判断共振频率识别过程相位差
‑
频率图
[0031]图3为本专利技术中4种工况扫频过程振幅
‑
时间对比图
[0032]图4为本专利技术中4种工况扫频时间对比图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术提供了一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0035]S1.将试件安装在电磁驱动式高频疲劳试验机上，施加静载。
[0036]S2.根据电磁驱动式高频疲劳试验机的谐振部分的属性值预估固有频率。
[0037]具体地，步骤S2所述谐振部分的属性值包括谐振部分的总质量和总刚度；其中，试件质量对于谐振部分总质量的占比很小，故可以忽略试件质量对谐振部分的总质量的影响，谐振部分的总质量可在其出厂时测量得到。根据理论定理可知，谐振系统的固有频率由系统总质量、刚度和阻尼共同决定，不过阻尼的影响很小，可以忽略不计。
[0038]具体地，谐振部分的总刚度取决于电磁驱动式高频疲劳试验机中的弓形环与试件，两个弓形环与试件并联组成一个弹性系统。故在没有施加静载力时，可以通过弓形环与试件的刚度计算谐振部分的总刚度，计算公式为：
[0039]k＝2
×
k1+k2[0040]其中，k1为一个弓形环的刚度(可在机器出厂时测得)；k2为试件的刚度，其计算公式为：
[0041][0042]其中，E为试件的杨氏模量；A为试件的有效截面积；l为试件的有效长度。
[0043]具体地，谐振部分的总刚度还能采用其他方式获取，即在施加静载力时，获取力传感器与位移传感器的测量数据并计算谐振部分的总刚度，计算公式为：
[0044][0045]其中，F
静
为静载力；x为施加静载力时谐振部分的变形量。
[0046]具体地，根据谐振部分的属性值预估固有频率，预估公式为：
[0047][0048]其中，ω
n
表示谐振系统的固有频率；k表示谐振系统的总刚度；m表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将试件安装在电磁驱动式高频疲劳试验机上，施加静载；S2.根据电磁驱动式高频疲劳试验机的谐振部分的属性值预估固有频率；S3.根据固有频率预估值对扫频范围进行预判断，得到预判共振频率；S4.将预判共振频率设置为扫描频率初始值，并输入激励信号；S5.采用相位差计监测谐振信号与激励信号的相位差，根据相位差识别出电磁驱动式高频疲劳试验机的共振频率。2.根据权利要求1所述的一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法，其特征在于，步骤S2所述谐振部分的属性值包括谐振部分的总质量和总刚度；其中，忽略试件质量对谐振部分的总质量的影响，谐振部分的总质量在其出厂时测量得到。3.根据权利要求1所述的一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法，其特征在于，步骤S5识别出共振频率后，在进行疲劳试验前通过砝码质量块进行调节谐振部分的总质量。4.根据权利要求2所述的一种电磁驱动式高频疲劳试验机共振频率的识别方法，其特征在于，没有施加静载力时，通过弓形环与试件的刚度计算谐振部分的总刚度，计算公式为：k＝2
×
k1+k2其中，k1为一个弓形环的刚度；k2为试件的刚度，其计算公式为：其中，E为试件的杨氏模量；A为试件...

【专利技术属性】
技术研发人员：禄盛，金桂仙，罗久飞，贾亚超，赵洋，邓聪颖，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：