本發(fā)明涉及金屬材料元件的壽命測試，特別是一種快速檢測金屬材料元件彈性衰減的裝置及檢測方法。

背景技術(shù)：

金屬材料元件是懸架系統(tǒng)中承受并傳遞垂直載荷和具有緩和及抑制路面引起沖擊的元件。其作用是承受和傳遞垂直載荷，緩和并抑制不平路面所引起的沖擊。

金屬材料元件一般是需長期服役，工作幾年、十幾年，甚至幾十年才會更換的金屬材料元件，其彈性的衰減也是一個緩慢而長期的過程，失效形式不容易被察覺，但這樣會威脅到人們的人身安全，尤其是汽車上和大型機械上使用的金屬材料元件，若不被重視一旦其失效后會造成很嚴重的后果，所以能夠預(yù)測金屬材料元件的使用壽命是很急迫和嚴肅的問題。

由于金屬材料元件的彈力衰減是一個極緩慢的過程，通常會經(jīng)歷十年左右，如果對金屬材料元件實時測量十年的彈力衰減是不現(xiàn)實也不經(jīng)濟的，所以尋找或發(fā)明一種快速檢測金屬材料元件的彈性衰減的方法是很必要的。

本發(fā)明方案就解決了金屬材料元件彈力衰減難以測量的困難，并且在短時間24～48小時內(nèi)就可以測量、計算出金屬材料元件的彈力衰減曲線，從而可以推測出十年、幾十年以后金屬材料元件的彈力值，測量的溫度范圍可以在-40-800℃。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對上述存在問題，提供一種快速檢測金屬材料元件彈性衰減的裝置及檢測方法，該方法在批量金屬材料元件生產(chǎn)出來之后可預(yù)測該批次金屬材料元件的使用壽命，在服役期滿的時候及時更換新的金屬材料元件，既能保證金屬材料元件使用時間達到最大化，也能避免重大事故的發(fā)生。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種快速檢測金屬材料元件彈性衰減的裝置，包括試驗機支撐部分、試驗機 液壓驅(qū)動裝置、金屬材料元件夾持部分、加熱保溫及控溫部分和金屬材料元件彈性衰減的測量部分，試驗機支撐部分由試驗機底座、試驗機門架和試驗機橫梁組成并構(gòu)成試驗機的整體支撐；試驗機液壓驅(qū)動裝置垂直設(shè)置于試驗機底座的中心，試驗機液壓驅(qū)動裝置的活塞垂直向上運動；金屬材料元件夾持部分由下支撐連接桿、下壓板、支撐內(nèi)芯柱、上壓板和上支撐連接桿構(gòu)成，金屬材料元件設(shè)置于下壓板和上壓板，支撐內(nèi)芯柱位于金屬材料元件的中心，下支撐連接桿與試驗機液壓驅(qū)動裝置的活塞固定連接，上支撐連接桿頂部設(shè)有力傳感器并通過上法蘭盤與試驗機橫梁固定；加熱保溫及控溫部分由電熱加熱爐、下冷卻水管和上冷卻水管構(gòu)成，電熱加熱爐設(shè)置于金屬材料元件的夾持部分，下壓板、支撐內(nèi)芯柱、上壓板和金屬材料元件均位于電熱加熱爐內(nèi)，電熱加熱爐兩側(cè)壁內(nèi)設(shè)有熱加溫爐絲，下冷卻水管設(shè)置于下支撐連接桿上，上冷卻水管設(shè)置于上支撐連接桿上；金屬材料元件彈性衰減的測量部分包括力傳感器和計算機，力傳感器位于上支撐連接桿頂部，力傳感器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換并通過導(dǎo)線與計算機連接。

一種利用所述快速檢測金屬材料元件彈性衰減裝置的測試方法，包括以下步驟：

1)金屬材料元件工作壓力和變形量的確定

確定測試的金屬材料元件的額定工作壓力P₀；

2)金屬材料元件的安裝

將測試用金屬材料元件安裝在設(shè)計好的金屬材料元件夾持部分上，再將其安裝在試驗機上的上支撐連接桿和下支撐連接桿之間，金屬材料元件的安裝數(shù)量為單個或多個，安裝形式為串聯(lián)或并聯(lián)，金屬材料元件為單個或串聯(lián)時，額定工作壓力為P₀；金屬材料元件為并聯(lián)時，額定工作壓力為nP₀，n為并聯(lián)數(shù)量，對于需要對金屬材料元件進行加熱、保溫或控溫時，則將電加熱爐安裝在上支撐連接桿和下支撐連接桿上，而將冷卻水管分別安裝在上支撐連接桿和下支撐連接桿上；

3)加預(yù)載

先打開冷卻水管，再開啟試驗機液壓控制裝置的電源，試驗機液壓控制裝置推動下支撐連接桿，壓縮金屬材料元件，壓至金屬材料元件的彈力為P₀，保持試驗機液壓控制裝置的活塞的位置不再變化，然后將電熱加熱爐升溫至需要的溫度并保溫；

4)數(shù)據(jù)記錄

電熱加熱爐溫度穩(wěn)定后，記錄24-48小時內(nèi)彈力值變化時的時間T與彈力Pt的數(shù)值，保持金屬材料元件的變形量不變，在輸出的數(shù)據(jù)中記錄時間T和彈力Pt的數(shù)值，制成表格數(shù)據(jù)待用；

5)數(shù)據(jù)處理

用數(shù)據(jù)處理軟件處理上述得到的表格數(shù)據(jù)，可得到時間T和彈力Pt的關(guān)系，經(jīng)分析可知時間T和彈力Pt符合曲線公式：⑴，任意選取一個上述表格數(shù)據(jù)帶入曲線公式(1)中計算得出a＝a_t、b＝b_t，得出該彈力衰減曲線公式(2)；

6)金屬材料元件壽命的預(yù)測

查閱資料可知該金屬材料元件失效時的彈力值Pt_失，將Pt_失帶入曲線公式(2)可計算出該金屬材料元件失效的時間t_失，即可推測其使用壽命。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：

1)該方法可測試不同使用溫度的金屬材料元件的彈性松弛情況，可檢測的溫度為-40～800℃，滿足金屬材料元件的各種使用工況；

2)該方法可在24～48小時時間內(nèi)預(yù)測五年、十年甚至幾十年以后金屬材料元件的工作情況，特別適用于工廠對批量金屬材料元件產(chǎn)品的彈性性能的檢測和壽命的預(yù)測。

附圖說明

圖1為該裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為金屬材料元件碟簧的安裝示意圖。

圖3為金屬材料元件實驗所用規(guī)格的碟簧時3000min內(nèi)彈力值變化時的時間T與彈力P的數(shù)值曲線。

圖中：1.試驗機液壓驅(qū)動裝置，2.試驗機液壓驅(qū)動裝置的活塞，3.下支撐連接桿，4.電熱加熱爐，5.電熱加溫爐絲，6.金屬材料元件，7.上支撐連接桿，8.上法蘭盤，9.試驗機橫梁，10.力傳感器，11a.上冷卻水管，11b.下冷卻水管，12.上壓板，13.支撐內(nèi)芯柱，14.下壓板，15.試驗機門架，16.試驗機底座，17.計算機。

具體實施方式

實施例：

一種快速檢測金屬材料元件彈性衰減的裝置，如圖1所示，包括試驗機支撐部分、試驗機液壓驅(qū)動裝置、金屬材料元件夾持部分、加熱保溫及控溫部分和金屬材料元件彈性衰減的測量部分，試驗機支撐部分由試驗機底座16、試驗機門架15和試驗機橫梁9組成并構(gòu)成試驗機的整體支撐；試驗機液壓驅(qū)動裝置1垂直設(shè)置于試驗機底座16的中心，試驗機液壓驅(qū)動裝置的活塞2垂直向上運動；金屬材料元件夾持部分由下支撐連接桿3、下壓板14、支撐內(nèi)芯柱13、上壓板12和上支撐連接桿7構(gòu)成，金屬材料元件6設(shè)置于下壓板14和上壓板12之間，支撐內(nèi)芯柱13位于金屬材料元件6的中心，下支撐連接桿3與試驗機液壓驅(qū)動裝置的活塞2固定連接，上支撐連接桿7頂部設(shè)有力傳感器10并通過上法蘭盤8與試驗機橫梁9固定；加熱保溫及控溫部分由電熱加熱爐4、下冷卻水管11b和上冷卻水管11a構(gòu)成，電熱加熱爐4設(shè)置于金屬材料元件6的夾持部分，下壓板14、支撐內(nèi)芯柱13、上壓板12和金屬材料元件6均位于電熱加熱爐4內(nèi)，電熱加熱爐4兩側(cè)壁內(nèi)設(shè)有熱加溫爐絲5，下冷卻水管11b設(shè)置于下支撐連接桿3上，上冷卻水管11a設(shè)置于上支撐連接桿7上；金屬材料元件彈性衰減的測量部分包括力傳感器10和計算機17，力傳感器10位于上支撐連接桿7頂部，力傳感器10進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換并通過導(dǎo)線與計算機17連接。

所述金屬材料元件夾持部分可按照不同的金屬材料元件的形狀和特性自行設(shè)計，方便金屬材料元件彈性衰減的測量即可。

一種利用所述快速檢測金屬材料元件彈性衰減裝置的測試方法，包括以下步驟：

1)金屬材料元件工作壓力和變形量的確定

本實驗用金屬材料元件為碟簧，材料60Si₂MnA；規(guī)格：45mm×22.5mm×3.5mm×2.5mm；兩個并聯(lián)為一組，每組進行串聯(lián)，共40個碟簧，所承受的額定負載為15.4KN，在室溫環(huán)境下進行。

2)金屬材料元件的安裝

將測試用金屬材料元件碟簧兩個并聯(lián)為一組，每組進行串聯(lián)，共40個，安裝在設(shè)計好的金屬材料元件夾持部分上，如圖3所示，再將其安裝在試驗機上的上支撐連接桿和下支撐連接桿之間。

3)加預(yù)載

先打開冷卻水管，再開啟試驗機液壓控制裝置的電源，試驗機液壓控制裝置推動下支撐連接桿，壓縮金屬材料元件，壓至金屬材料元件的彈力為15.4KN，保持試驗機液壓控制裝置的活塞的位置不再變化，然后將電熱加熱爐升溫至需要溫度并保溫。

本實驗是在常溫下進行，所以冷卻水管不需要打開，電加熱爐不需要安裝。

4)數(shù)據(jù)記錄

記錄3000min內(nèi)彈力值變化時的時間T與彈力Pt的數(shù)值，保持金屬材料元件的變形量不變，在輸出的數(shù)據(jù)中記錄時間T和彈力Pt的數(shù)值，制成表格1，數(shù)據(jù)待用；

表1

5)數(shù)據(jù)處理

用數(shù)據(jù)處理軟件處理上述得到的表格數(shù)據(jù)，可得到時間T和彈力Pt的關(guān)系，擬合圖如圖3，經(jīng)分析可知時間T和彈力Pt符合曲線公式：P＝a+b lnt⑴，取表中(t＝10，P＝15.23)，(t＝1200，P＝15.1)帶入公式(1)中計算得出：a＝15.2924，b＝－0.02714，即該金屬材料元件碟簧的彈性衰減曲線公式為：

P＝15.2924－0.02714×lnt(2)

6)金屬材料元件壽命的預(yù)測

a.若設(shè)定該種碟簧的彈性衰減率在3.5％左右時失效，則此時其彈性力為

15.4KN*(1-0.035)＝14.861KN，

帶入公式(2)為14.861＝15.2924-0.02714xlnt

求解lnt＝15.8953574，t＝8003243.0600094min＝15.22687年≈15年

即預(yù)測該金屬材料元件在地15年的時候彈性衰減率為3.5％，此時可 判斷該金屬材料元件失效。

b.預(yù)測該金屬材料元件十年時彈力值：

P10＝＝14.8724KN

其彈力衰減率為：

x100％＝3.42597％≈3.43％

再根據(jù)使用要求判斷十年后該元件的使用性能：其彈性衰減率為3.43％。