專利名稱：疲勞試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種疲勞試驗裝置，屬于材料結(jié)構(gòu)性能實驗的疲勞實驗領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工程實際中，許多材料或構(gòu)件在實際應(yīng)用中受到動載荷作用，與受到靜載荷作用時不同，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。隨著鋼材等級的提高以及產(chǎn)量的大幅增長，鋼結(jié)構(gòu)的建筑與橋梁得以建設(shè)，幾百年的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定問題得到了很好的解決，然而隨著其結(jié)構(gòu)形式以及荷載作用的日新月異，鋼材的疲勞問題已成為鋼結(jié)構(gòu)耐久性與適用性的關(guān)鍵問題。而試驗研究，是所有疲勞問題研究的基礎(chǔ)。在此之前材料疲勞性能的研究已持續(xù)多年，疲勞試驗機的款型和功能不斷增多，以滿足不同材料疲勞試驗的需求。疲勞試驗機主要有液壓伺服式、電磁式和機械式幾種類型。其中液壓伺服式疲勞試驗機是一種較先進(jìn)的測試裝置，但價格高昂，低頻工作狀態(tài)下功率消耗大成本高。電磁式疲勞試驗機平率高,主要用于疲勞性能較好的黑色金屬疲勞性能測試。機械式疲勞試驗機適用對頻率要求不高的疲勞試驗,功率小造價低。但以往機械式疲勞試驗機，對于試驗結(jié)束的判定條件繁雜，對于試驗終止命令反應(yīng)慢，且輸出荷載范圍較小等不足。此外，在上世紀(jì)50、60年代曾采嘗試采用偏心式加載體提供周期性疲勞荷載，然而在當(dāng)時的技術(shù)環(huán)境下，該方案存在著幾點致命性問題A.偏心式加載體對任意方向均存在著周期性加載，故試樣目標(biāo)位置處的疲勞應(yīng)力較為復(fù)雜，而非簡單的正弦式波形應(yīng)力；B.偏心式加載體轉(zhuǎn)動時的輸出荷載不穩(wěn)定，這主要歸結(jié)于電機自身不易調(diào)平以及偏心式加載體與電機的連接誤差；C.偏心式加載體加速階段與減速階段的輸出荷載均小于正常工作狀態(tài)，且加載周期高于額定周期，前后的累積誤差對試驗的影響無法控制；D.監(jiān)測設(shè)備落后，以至于疲勞裂紋無法在第一時間察覺，且察覺后采取相應(yīng)控制措施的時間間隔較長，均影響了試驗精度。盡管整個試驗設(shè)備簡易且可操作性強，但上述短板使得該方法在試驗精度要求提高后逐漸淘汰。然而利用偏心式加載體激振器，具有其他疲勞試驗裝備所沒有的優(yōu)勢A.加載頻率的頻譜較寬；B.輸出疲勞荷載峰值幅度較廣；C.對材料屬性以及構(gòu)件的尺寸效應(yīng)不敏感，適用范圍廣；D.操作簡便，試驗成本低。因此，在確保試驗精度的基礎(chǔ)上，選擇效率高、成本低、操作簡便的試驗設(shè)備以及試驗方法，成為材料疲勞試驗研究關(guān)注的焦點。、發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種操作簡便、成本低且效率高的疲勞試驗機。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種疲勞試驗機，包括支架，其特征在于在所述的支架上設(shè)置有支承平臺、環(huán)形框架、加載裝置以及與用于連接試件的安裝臺，所述的安裝臺和加載裝置的一端連接在所述的環(huán)形框架上，安裝臺和加載裝置的另一端則位于所述的支承平臺上，所述的加載裝置包括加載架、電機以及由連接桿和加載配重組成的加載主體，所述的加載架的上端面為加載平面，所述的加載主體設(shè)置在加載平面上，所述的電機設(shè)置在加載架的中部，在所述電機的輸出端連接所述的連接桿，所述的加載配重設(shè)置在所述的連接桿上，在所述的加載架的下端設(shè)置有移動滑輪。在所述的環(huán)形框架的第一側(cè)面上設(shè)置有第一縱向支承滑塊，在所述的環(huán)形框架的 第二側(cè)面上設(shè)置有第二縱向支承滑塊，所述的第一側(cè)面與第二側(cè)面相對，所述的第一縱向 支承滑塊在所述的第一側(cè)面上沿垂直于該第一側(cè)面的方向上滑移，所述的第二縱向支承滑塊在所述的第二側(cè)面沿框架方向滑移，所述的安裝臺設(shè)置在第一縱向支承滑塊上，所述的加載裝置設(shè)置在第二縱向支承滑塊上。在所述的環(huán)形框架的第三側(cè)面還設(shè)置有一縱向支承滑塊，在所述的縱向支承滑塊上和試件上分別設(shè)置有接觸裝置，在所述的加載架的兩側(cè)設(shè)置有磁鐵。所述的接觸裝置包括底座、電磁繼電器和粘滯阻尼器，所述的粘滯阻尼器設(shè)置在底座的上端面上。在所述的試件兩端設(shè)置有聲發(fā)射探頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下幾個特點A.采用由連接桿和加載配重的家載體作為周期荷載的加載設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，且可以獲得高頻加載動力；此外，量化的偏心距可用于調(diào)節(jié)不同的峰值外荷載。B.加載平面為水平面，避免了偏心式配重自重對試樣的影響，且擴大了試樣的物理尺寸，具有較大的靈活性；C.設(shè)置側(cè)向支承體系，避免了偏心偏心式配重對試樣的多向加載，確保試驗的可
靠性；D.由雙電路控制的電磁繼電器，確保了偏心偏心式配重在穩(wěn)定狀態(tài)下對試樣的加載，且可以在切斷偏心偏心式配重電源的瞬間停止對試樣的加載，避免了慣性力以及加速階段對試驗的影響；E.試樣兩端設(shè)置的“聲發(fā)射”檢測設(shè)備，對疲勞裂紋發(fā)生的第一瞬間極為敏感，可精確控制試驗的發(fā)展；F.智能化的控制系統(tǒng)，使得諸多設(shè)備具有良好的合作，進(jìn)一步確保了試驗的精確性與可操作性。

圖I是發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的俯視圖。[0031 ] 圖3是圖I的A-A剖視圖。圖4是圖I的B-B剖視圖。圖5是圖3的C-C剖視圖。圖6是圖4的D-D剖視圖。圖I為本實用新型加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7的E-E剖視圖。 圖9是圖8的F部放大示意圖。圖10為本實用新型接觸裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為圖10的俯視圖。
圖12目標(biāo)位置周期應(yīng)力分布對比圖，其中上面的曲線為本實用新型的曲線，下面的曲線為改進(jìn)前的應(yīng)力分布曲線。其中1、支架，2、支承平臺，3、環(huán)形框架，4、加載裝置，41、加載架，42、電機，43、轉(zhuǎn)向體，44、連接桿，441、凹槽，45、加載配重，46、螺母，47、移動滑輪，48、磁鐵，49、潤滑層，5、安裝臺，6、試件，7、地基，8、潤滑層，9、接觸裝置，91、底座，92、電磁繼電器，93、粘滯阻尼器，10、第一側(cè)向支承滑塊，101、加強筋，102、滑輪，103、橫隔板，104、限位槽，11、第二側(cè)向支承滑塊，12、縱向支承滑塊，13、控制臺，14、聲發(fā)射探頭。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細(xì)說明加載設(shè)備疲勞試驗的本質(zhì)是通過加載設(shè)備對目標(biāo)試件提供穩(wěn)定的周期性荷載，與目前常用的液壓設(shè)備、電磁設(shè)備以及杠桿加載設(shè)備相比，偏心式加載體加載不僅可以提供高頻率的疲勞荷載(其取決于電機的轉(zhuǎn)速)，并且可以獲得較高的峰值荷載。依據(jù)經(jīng)典動力學(xué)方程，峰值向心力可用下式表示
F = ia*r-r因此，利用偏心式加載體作為加載設(shè)備時，不僅需要控制其加載頻率，還必須對峰值荷載予以控制。為適應(yīng)臥式加載需要，并提供分級加載功能，對加載設(shè)備進(jìn)行如下設(shè)計A.聯(lián)動軸通過轉(zhuǎn)向塊與電機相連，并可以繞轉(zhuǎn)向塊旋轉(zhuǎn)90° (如圖所示)，以用于砝碼的安裝與拆除；B.聯(lián)動軸上設(shè)置等間距的凹槽，與砝碼上槽型齒輪相對應(yīng)；C.砝碼依據(jù)其質(zhì)量不同分為若干等級，每個砝碼上均設(shè)有槽型齒輪，并在砝碼外緣設(shè)有控制按鈕——當(dāng)按鈕按下時，槽型齒輪回縮，此時，砝碼可以在聯(lián)動軸上自由滑行；當(dāng)松開按鈕時，砝碼也可以在聯(lián)動軸上滑行，但當(dāng)遇到凹槽時，即處于鎖定狀態(tài)，此時，砝碼不能自由滑動。利用該方法實現(xiàn)砝碼在聯(lián)動軸上安裝與拆卸。D.在聯(lián)動軸端部設(shè)有大尺寸的螺帽，防止在加載過程中砝碼的意外脫離。此外，在砝碼與加載臺面間，涂有f2mm的潤滑層(多為潤滑油)，以減少摩擦對輸出荷載的影響(主要是輸出荷載的穩(wěn)定性)；并且為協(xié)調(diào)加載設(shè)備與觸控設(shè)備之間的作用，加載設(shè)備的外緣采用強鐵磁性材料制作。觸控設(shè)備為減少、避免加載設(shè)備在啟動、減速階段所輸出的不穩(wěn)定疲勞荷載，本實用新型設(shè)計了一套觸控設(shè)備通過電路控制，實現(xiàn)加載設(shè)備短時間內(nèi)對試樣的加載與卸載，觸控設(shè)備如圖所示。觸控設(shè)備主要由底座、電磁繼電器以及粘滯阻尼器組成。當(dāng)觸控設(shè)備中電磁繼電器所在線路接通時，即可產(chǎn)生較大的磁場，進(jìn)而吸附加載設(shè)備；當(dāng)觸控設(shè)備的線路斷開時，磁場隨即消失，此時，觸控設(shè)備與加載設(shè)備間無相互作用。盡管在試驗準(zhǔn)備階段，加載設(shè)備與觸控設(shè)備的間距較小，但考慮到兩者接觸瞬間可能產(chǎn)生的撞擊對試件的影響，觸控設(shè)備中部設(shè)有粘滯阻尼器，使接觸過程中對試件的周期荷載較為穩(wěn)定在接觸前，粘滯阻尼器的外置探頭均伸出接觸平面約IOmm;在完全接觸后，外置探頭均壓縮至接觸平面以下；當(dāng)加載設(shè)備與觸控設(shè)備分離時，探頭又恢復(fù)原有狀態(tài)。觸控設(shè)備底座設(shè)有兩排螺孔，其與目標(biāo)試件或固定用加載架通過螺栓連接。支承體系為克服偏心式加載體對任意方向均產(chǎn)生周期性荷載，本產(chǎn)品通過設(shè)計兩組邊界條件以解決試樣與“試件安裝結(jié)構(gòu)”相連，加載設(shè)備通過連接槽鋼與側(cè)向支承結(jié)構(gòu)連接，所有連接均通過螺栓連接。加載期間，試件僅承受縱向周期荷載，水平力均由側(cè)向支承結(jié)構(gòu)承擔(dān)。其中，各個部件的設(shè)計概念如下所述。( I)第一側(cè)向支承滑塊設(shè)置于主加載架左側(cè)，主體結(jié)構(gòu)為鋼箱梁，并貫穿主加載架的環(huán)形箱梁，用于連接試件的安裝臺固定在該第一側(cè)向支承滑塊上；環(huán)形箱梁在被貫穿部分設(shè)有橫隔板；第一側(cè)向支承滑塊在貫穿部分通過滑輪與環(huán)形箱梁連接，在垂直環(huán)形箱梁方向可以自由滑行，其中滑輪固定于安裝臺上；環(huán)形箱梁的橫隔板上設(shè)有限位槽，避免滑輪在滑行時出現(xiàn)側(cè)移。此夕卜，環(huán)形箱梁橫隔板后設(shè)有三角加勁肋。(2)第二側(cè)向支承滑塊設(shè)置于主加載架右側(cè)，包括一個封閉箱室與一個開口箱室。封閉箱室外包于環(huán)形箱梁上，之間通過滑輪支承，以確保側(cè)向支承結(jié)構(gòu)可以沿環(huán)形箱梁方向自由移動。其中，滑輪固定于該結(jié)構(gòu)的封閉箱室上，在環(huán)形箱梁外緣相應(yīng)位置設(shè)有限位槽，以防止滑輪的側(cè)移。側(cè)向支承結(jié)構(gòu)的開口箱室也為鋼箱梁，在其腹板處設(shè)有多排孔道，用于調(diào)節(jié)加載設(shè)備的位置，固定時僅錨固兩排即可。側(cè)向支承結(jié)構(gòu)主要在試驗過程中提供側(cè)向水平支承作用，并在試驗準(zhǔn)備階段，用于調(diào)節(jié)加載設(shè)備水平位置。(3)縱向支承結(jié)構(gòu)設(shè)置于主加載架上部，可沿著環(huán)形箱梁方向自由移動，其內(nèi)部構(gòu)造措施與安裝臺、側(cè)向支承結(jié)構(gòu)類似。該結(jié)構(gòu)主要用于加載前調(diào)節(jié)加載設(shè)備的位置，并在加載設(shè)備啟動、減速階段固定加載設(shè)備用。控制系統(tǒng)本產(chǎn)品采用自行編寫程序，對試驗設(shè)備、檢測儀器以進(jìn)行全程自動化控制。程序運行思路如下所示A.準(zhǔn)備階段:①設(shè)定偏心式加載體穩(wěn)定轉(zhuǎn)動所需要的時間T1;②設(shè)定該次疲勞試驗循環(huán)所需要的時間Ttl ；B.加載階段:①確定啟動；②接通A線路③T1時間后，斷開A線路，并接通B線路；C.評判階段若聲發(fā)射設(shè)備在監(jiān)控期間未出現(xiàn)損傷報警，則在Ttl時間后，B線路自動斷開，A線路接通；若聲發(fā)射設(shè)備在期間出現(xiàn)損傷報警，則在該時間B線路斷開，A線路接通；D.數(shù)據(jù)采集:①程序自動獲取B線路接通的時間；②正弦式應(yīng)變儀獲取試驗期間目標(biāo)位置的應(yīng)變數(shù)據(jù)(若循環(huán)周期數(shù)目較大時，可自行編寫控制程序，每間隔T2時間讀取At時段內(nèi)目標(biāo)位置的應(yīng)變)。
權(quán)利要求1.一種疲勞試驗機，包括支架，其特征在于在所述的支架上設(shè)置有支承平臺、環(huán)形框架、加載裝置以及與用于連接試件的安裝臺，所述的安裝臺和加載裝置的一端連接在所述的環(huán)形框架上，安裝臺和加載裝置的另一端則位于所述的支承平臺上，所述的加載裝置包括加載架、電機以及由連接桿和加載配重組成的加載主體，所述的加載架的上端面為加載平面，所述的加載主體設(shè)置在加載平面上，所述的電機設(shè)置在加載架的中部，在所述電機的輸出端連接所述的連接桿，所述的加載配重設(shè)置在所述的連接桿上，在所述的加載架的下端設(shè)置有移動滑輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的疲勞試驗機，其特征在于在所述的環(huán)形框架的第一側(cè)面上設(shè)置有第一縱向支承滑塊，在所述的環(huán)形框架的第二側(cè)面上設(shè)置有第二縱向支承滑塊，所述的第一側(cè)面與第二側(cè)面相對，所述的第一縱向支承滑塊在所述的第一側(cè)面上沿垂直于該第一側(cè)面的方向上滑移，所述的第二縱向支承滑塊在所述的第二側(cè)面沿框架方向滑移，所述的安裝臺設(shè)置在第一縱向支承滑塊上，所述的加載裝置設(shè)置在第二縱向支承滑塊上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的疲勞試驗機，其特征在于在所述的環(huán)形框架的第三側(cè) 面還設(shè)置有一縱向支承滑塊，在所述的縱向支承滑塊上和試件上分別設(shè)置有接觸裝置，在所述的加載架的兩側(cè)設(shè)置有磁鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的疲勞試驗機，其特征在于所述的接觸裝置包括底座、電磁繼電器和粘滯阻尼器，所述的粘滯阻尼器設(shè)置在底座的上端面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的疲勞試驗機，其特征在于在所述的試件兩端設(shè)置有聲 發(fā)射探頭。
專利摘要本實用新型公開了一種疲勞試驗機，包括支架，在支架上設(shè)置有支承平臺、環(huán)形框架、加載裝置以及與用于連接試件的安裝臺，安裝臺和加載裝置的一端連接在所述的環(huán)形框架上，安裝臺和加載裝置的另一端則位于所述的支承平臺上，加載裝置包括加載架、電機以及由連接桿和加載配重組成的加載主體，加載架的上端面為加載平面，加載主體設(shè)置在加載平面上，電機設(shè)置在加載架的中部，在電機的輸出端連接所述的連接桿，加載配重設(shè)置在所述的連接桿上，在所加載架的下端設(shè)置有移動滑輪。本實用新型采用由連接桿和加載配重的家載體作為周期荷載的加載設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，且可以獲得高頻加載動力；此外，量化的偏心距可用于調(diào)節(jié)不同的峰值外荷載。
文檔編號G01N3/32GK202502022SQ20122011623
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者傅中秋, 劉榮, 前野裕文, 吉伯海, 徐聲亮, 楊牧野, 田圓 申請人:河海大學(xué)