專利名稱：機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)及其試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種疲勞試驗(yàn)裝置，屬于材料結(jié)構(gòu)性能實(shí)驗(yàn)的疲勞實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
在工程實(shí)際中，許多材料或構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用中受到動載荷作用，與受到靜載荷作用時(shí)不同，這些材料或構(gòu)件往往會在事先并未出現(xiàn)顯著變形的情況下突然發(fā)生疲勞破壞， 對結(jié)構(gòu)的安全性能產(chǎn)生重大影響。隨著對材料疲勞性能的研究增多，疲勞試驗(yàn)機(jī)的款型和功能不斷增多，以滿足不同材料疲勞試驗(yàn)的需求。疲勞試驗(yàn)機(jī)主要有液壓伺服式、電磁式和機(jī)械式幾種類型。其中液壓伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)是一種較先進(jìn)的測試裝置，但價(jià)格高昂，低頻工作狀態(tài)下功率消耗大成本高。電磁式疲勞試驗(yàn)機(jī)頻率高，主要用于疲勞性能較好的黑色金屬疲勞性能測試。機(jī)械式疲勞試驗(yàn)機(jī)適用對頻率要求不高的疲勞試驗(yàn)，功率小造價(jià)低。但以往機(jī)械式疲勞試驗(yàn)機(jī)，對于試驗(yàn)結(jié)束的判定條件繁雜，對于試驗(yàn)終止命令反應(yīng)慢，且輸出荷載范圍較小，試件不能施加預(yù)應(yīng)力以調(diào)整應(yīng)力波形。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以改變試驗(yàn)機(jī)輸出荷載，對試件施加預(yù)應(yīng)力以及自主判定實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件并自動停止試驗(yàn)的疲勞試驗(yàn)方法。
一種機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟(1)將試件的一端固定，另一端懸臂設(shè)置，并對試件的懸臂端施加彈性預(yù)應(yīng)力；(2)對試件的懸臂端施加偏心荷載，并將輸出偏心荷載的動力裝置的供電回路與反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限的導(dǎo)電元件串聯(lián)，另外，通過試件上安裝的應(yīng)力監(jiān)測裝置，以監(jiān)測試件在負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力變化。
步驟(2)是通過偏心激振器對懸臂端施加偏心荷載，所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路與導(dǎo)電元件串聯(lián)。
步驟(2)施加偏心荷載前先預(yù)設(shè)單次施加偏心荷載的時(shí)間閾值。
—種基于上述試件疲勞試驗(yàn)方法的機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架、試件以及用于監(jiān)控試件應(yīng)力變化的應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述試件的一端與機(jī)架固定，另一端懸臂設(shè)置，且試件懸臂端通過偏心激振器與機(jī)架連接；所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊以及彈性連接件，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與試件固定，且旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路中串聯(lián)有通過反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限以截止偏心激振器工作的導(dǎo)電元件，導(dǎo)電元件安裝在試件上，而彈性連接件一端與試件連接，另一端則與機(jī)架連接。
所述導(dǎo)電元件為采用導(dǎo)電材料制作而成的片狀體或者線狀體。
所述應(yīng)力監(jiān)測裝置包括應(yīng)變片以及與應(yīng)變片連接的應(yīng)變儀；所述應(yīng)變片安裝在試件上。
所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電動機(jī)，所述電動機(jī)通過基座與試件固定，且連接長柄與電動機(jī)的機(jī)軸相垂直。
所述電動機(jī)配置有能夠預(yù)設(shè)電動機(jī)單次啟動時(shí)長的計(jì)時(shí)器。
所述導(dǎo)電元件通過絕緣膠體繃緊固定在試件上疲勞裂紋可能發(fā)生的位置，且導(dǎo)電元件與疲勞裂紋的開展方向相垂直。
所述彈性連接件為彈簧，且彈簧套接在鋼管的外圍，所述鋼管固定在機(jī)架上。
根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果本發(fā)明所述的疲勞試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，具有可以改變試驗(yàn)機(jī)輸出荷載，對試件施加預(yù)應(yīng)力以及自主判定實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件并自動停止試驗(yàn)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)過程中消耗少，操作簡便，加荷范圍寬，測試精度高，可進(jìn)行應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測，對試樣的加工要求低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A斷面圖(未標(biāo)出偏心激振器)； 圖3是本發(fā)明所需的懸臂試樣加工示意圖；其中基座11 ；夾持臺12 ；彈簧固定臂13 ；安全承臺14 ；試件2 ；夾持臺螺栓連接預(yù)留孔21 ；電機(jī)連接螺栓預(yù)留孔22 ；彈簧連接預(yù)留孔23 ；偏心塊31 ；連接長柄32 ；發(fā)動機(jī)33 ’導(dǎo)電元件34 ；彈性連接件35 ；鋼管36 ；應(yīng)變片4。
具體實(shí)施方式
附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明公開一種試件疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟(1)將試件的一端固定，另一端懸臂設(shè)置，并對試件的懸臂端施加彈性預(yù)應(yīng)力；(2)對試件的懸臂端施加荷載，同時(shí)， 通過試件上安裝的導(dǎo)電元件，測出試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限的時(shí)刻，以控制荷載施加時(shí)間，另外，通過試件上安裝的應(yīng)力監(jiān)測裝置，以監(jiān)測試件在負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力變化。進(jìn)一步地，一種機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟(1)將試件的一端固定，另一端懸臂設(shè)置，并對試件的懸臂端施加彈性預(yù)應(yīng)力；(2)對試件的懸臂端施加偏心荷載，并將輸出偏心荷載的動力裝置的供電回路與反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限的導(dǎo)電元件串聯(lián)，另外，通過試件上安裝的應(yīng)力監(jiān)測裝置，以監(jiān)測試件在負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力變化。步驟(2)是通過偏心激振器對懸臂端施加偏心荷載，所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路與導(dǎo)電元件串聯(lián)。且步驟(2)施加偏心荷載前先預(yù)設(shè)單次施加偏心荷載的時(shí)間閾值。
基于上述試件疲勞試驗(yàn)方法，本發(fā)明公開了如圖1至3所示的機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架、試件以及用于監(jiān)控試件應(yīng)力變化的應(yīng)力監(jiān)測裝置，機(jī)架由基座11、夾持臺 12、彈簧固定臂13以及安全承臺14構(gòu)成；所述試件的一端與機(jī)架的夾持臺12固定，另一端懸臂設(shè)置，且試件懸臂端通過偏心激振器與機(jī)架的彈簧固定臂13連接；試件2為條狀板體， 其上分別開設(shè)有夾持臺螺栓連接預(yù)留孔21、電機(jī)連接螺栓預(yù)留孔22、彈簧連接預(yù)留孔23 ； 所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊以及彈性連接件，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與試件固定，且旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路中串聯(lián)有通過反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限以截止偏心激振器工作的導(dǎo)電元件，導(dǎo)電元件安裝在試件上，而彈性連接件一端與試件連接，另一端則與機(jī)架連接。所述導(dǎo)電元件為采用導(dǎo)電材料制作而成的片狀體或者線狀體，本發(fā)明中所采用的導(dǎo)電元件為細(xì)銅絲。所述應(yīng)力監(jiān)測裝置包括應(yīng)變片以及與應(yīng)變片連接的應(yīng)變儀；所述應(yīng)變片安裝在試件上。所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電動機(jī)，所述電動機(jī)通過基座與試件固定，且連接長柄與電動機(jī)的機(jī)軸相垂直。對于某些試件，產(chǎn)生疲勞裂紋的時(shí)間很長，而電動機(jī)單次啟動時(shí)間過長，易于損壞，因此，本發(fā)明所述電動機(jī)配置有能夠預(yù)設(shè)電動機(jī)單次啟動時(shí)長的計(jì)時(shí)器，則當(dāng)電動機(jī)單次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間持續(xù)了所預(yù)設(shè)的電動機(jī)單次啟動時(shí)長時(shí)，電動機(jī)自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過多次啟動電動機(jī)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，直至反饋疲勞裂紋極限的導(dǎo)電元件斷裂，導(dǎo)致電動機(jī)失電，完成了疲勞試驗(yàn)。所述導(dǎo)電元件通過絕緣膠體繃緊固定在試件上疲勞裂紋可能發(fā)生的位置，且導(dǎo)電元件與疲勞裂紋的開展方向相垂直。所述彈性連接件為彈簧，且彈簧套接在鋼管的外圍，所述鋼管固定在機(jī)架上。
根據(jù)以上的技術(shù)方案，可知本發(fā)明所述疲勞試驗(yàn)機(jī)具有以下特點(diǎn)調(diào)整疲勞試驗(yàn)輸出荷載偏心塊長柄穿過電動機(jī)機(jī)軸上垂直軸向的孔洞，用螺栓固定位置，形成偏心激振器。通過改變偏心塊長柄與電動機(jī)的機(jī)軸連接位置或替換不同質(zhì)量的偏心塊，以及改變電動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，來改變偏心激振器轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的離心力，從而改變偏心激振器的輸出荷載。實(shí)驗(yàn)前需確定實(shí)驗(yàn)荷載所需輸出范圍，可以從施加小荷載開始加至試件測試所需荷載。
對試件施加預(yù)應(yīng)力以及調(diào)節(jié)振幅四個(gè)大剛度彈簧沿懸臂試樣懸臂端并排排列， 分別從試件上下兩面連接于試樣頂部，彈簧中貫穿鋼管，鋼管通過套管沿鉛垂向豎直固定在機(jī)架主體上，彈簧上下兩段分別固定在鋼管和懸臂試樣懸臂端頂部。需要施加預(yù)應(yīng)力或調(diào)節(jié)振幅時(shí)，通過上下改變彈簧上端固定在鋼管上的位置，對懸臂試樣施加預(yù)應(yīng)力，從而改變疲勞試驗(yàn)輸出的應(yīng)力波形。
應(yīng)力監(jiān)測實(shí)驗(yàn)時(shí)在懸臂試樣懸臂根部所需測位置貼應(yīng)變片，通過應(yīng)變儀定時(shí)讀數(shù)，描點(diǎn)連線，監(jiān)測應(yīng)力的動態(tài)變化。
試驗(yàn)結(jié)束條件判定及終止試驗(yàn)在懸臂試樣疲勞裂紋可能開展處，通過絕緣膠體黏貼細(xì)銅絲，細(xì)銅絲垂直于疲勞裂縫開展方向，銅絲串聯(lián)于電動機(jī)回路中，隨著疲勞裂縫開展，細(xì)銅絲拉斷，電動機(jī)回路斷路，偏心激振器停止，疲勞試驗(yàn)結(jié)束。以此為疲勞試驗(yàn)的終止標(biāo)志ο
電動機(jī)運(yùn)行準(zhǔn)則對電動機(jī)設(shè)置單次運(yùn)行時(shí)間閾值，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間在單次運(yùn)行時(shí)間閾值內(nèi)，試件不出現(xiàn)破壞性疲勞裂紋，則按照單次運(yùn)行時(shí)間閾值計(jì)該次電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間，并將各次的電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間累計(jì)；當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間在單次運(yùn)行時(shí)間閾值內(nèi)，試件出現(xiàn)了破壞性疲勞裂紋，按照細(xì)銅絲斷裂時(shí)的時(shí)間記錄該次電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間，并與之前的各次電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間累計(jì)，即可得到對應(yīng)的試件疲勞試驗(yàn)次數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將試件的一端固定，另一端懸臂設(shè)置，并對試件的懸臂端施加彈性預(yù)應(yīng)力；(2)對試件的懸臂端施加偏心荷載，并將輸出偏心荷載的動力裝置的供電回路與反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限的導(dǎo)電元件串聯(lián)，另外，通過試件上安裝的應(yīng)力監(jiān)測裝置，以監(jiān)測試件在負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟(2)是通過偏心激振器對懸臂端施加偏心荷載，所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路與導(dǎo)電元件串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟(2)施加偏心荷載前先預(yù)設(shè)單次施加偏心荷載的時(shí)間閾值。
4.一種基于權(quán)利要求2所述試件疲勞試驗(yàn)方法的機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架、 試件以及用于監(jiān)控試件應(yīng)力變化的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于所述試件的一端與機(jī)架固定，另一端懸臂設(shè)置，且試件懸臂端通過偏心激振器與機(jī)架連接；所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊以及彈性連接件，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與試件固定，且旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路中串聯(lián)有通過反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限以截止偏心激振器工作的導(dǎo)電元件，導(dǎo)電元件安裝在試件上，而彈性連接件一端與試件連接，另一端則與機(jī)架連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)電元件為采用導(dǎo)電材料制作而成的片狀體或者線狀體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述應(yīng)力監(jiān)測裝置包括應(yīng)變片以及與應(yīng)變片連接的應(yīng)變儀；所述應(yīng)變片安裝在試件上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為電動機(jī)， 所述電動機(jī)通過基座與試件固定，且連接長柄與電動機(jī)的機(jī)軸相垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述電動機(jī)配置有能夠預(yù)設(shè)電動機(jī)單次啟動時(shí)長的計(jì)時(shí)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述導(dǎo)電元件通過絕緣膠體繃緊固定在試件上疲勞裂紋可能發(fā)生的位置，且導(dǎo)電元件與疲勞裂紋的開展方向相垂直。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述彈性連接件為彈簧，且彈簧套接在鋼管的外圍，所述鋼管固定在機(jī)架上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)械型試件疲勞試驗(yàn)機(jī)及其試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)機(jī)包括機(jī)架、試件以及用于監(jiān)控試件應(yīng)力變化的應(yīng)力監(jiān)測裝置，所述試件的一端與機(jī)架固定，另一端懸臂設(shè)置，且試件懸臂端通過偏心激振器與機(jī)架連接；所述偏心激振器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、通過連接長柄與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輸出軸連接的偏心塊以及彈性連接件，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與試件固定，且旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的供電回路中串聯(lián)有通過反饋試件產(chǎn)生疲勞裂紋極限以截止偏心激振器工作的導(dǎo)電元件，導(dǎo)電元件安裝在試件上，而彈性連接件一端與試件連接，另一端則與機(jī)架連接。因此，本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)過程中消耗少，操作簡便，加荷范圍寬，測試精度高，可進(jìn)行應(yīng)力動態(tài)監(jiān)測，對試樣的加工要求低。
文檔編號G01N3/08GK102519791SQ20111041643
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者傅中秋, 劉榮, 前野裕文, 吉伯海, 田圓, 陳策 申請人:河海大學(xué)