本發(fā)明涉及材料檢測設備技術領域，具體涉及到一種用于薄壁構件疲勞測試的振動實驗平臺。

背景技術：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速進步，很多機器裝備正朝著高速、高溫差及高壓的方向發(fā)展，由此造成設備結(jié)構件失效的因素也隨之增多，其中振動造成的疲勞失效是最常見的。在航空中的設備，更是在相當嚴重的振動環(huán)境中服役。為了確保航空設備在服役中的安全使用，故此，對應用在航空制造中的鋁合金薄壁構件抗疲勞性能和服役壽命的評估也變得尤為重要。在實際環(huán)境中,振動是工程結(jié)構服役中必須承受的載荷，從目前研究現(xiàn)狀來看，對于薄壁類框架零件的振動疲勞實驗技術還不夠成熟，仍然缺少普適性的實驗方法，還沒有建立規(guī)范的實驗步驟。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對以上問題，提供一種用于薄壁構件疲勞測試的振動實驗平臺，該平臺具有通用可調(diào)性，可以測試不同結(jié)構工件的不同部位；能夠模擬構件在不同工況下的受力狀態(tài)，具有足夠的夾持力保證平臺的穩(wěn)定性，且在該夾持力的作用下不會使構件變形，可以進行振動疲勞、裂紋分析和振動時效等多個實驗，從而能夠?qū)嫾M行檢測和預測使用年限。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種用于薄壁構件疲勞測試的振動實驗平臺，它包括平臺底座(1)，所述平臺底座(1)上設置有激振源測試裝置和用于固定薄壁構件(3)的端頭夾具；所述激振源測試裝置包括設置在平臺底座(1)上的U型支架(4)；所述U型支架(4)底部中心設置有激光式位移傳感器(19)；所述U型支架(4)上端兩側(cè)垂直對稱設置有第一銷軸(15)；所述第一銷軸(15)上活動套接有箱體(9)；所述箱體(9)前后兩側(cè)為敞口狀態(tài)；所述箱體(9)與第一銷軸(15)兩端之間設置有減震彈簧(13)；所述箱體(9)頂端設置有活塞式激振器(25)；所述箱體(9)內(nèi)水平設置有第一絲杠(22)；所述第一絲杠(22)上設置有兩個相互對稱的楔塊(24)；所述楔塊(24)下端接觸有上夾板(21)；所述箱體(9)的底蓋(7)上設置有下夾板(20)；所述上夾板(21)與下夾板(20)相互配合構成用于夾住薄壁構件(3)的夾具；所述薄壁構件(3)上位于激振源測試裝置一端設置有速度傳感器(30)和加速度傳感器(31)。

進一步的，所述端頭夾具包括設置在平臺底座(1)上的夾具底座(37)；所述夾具底座(37)上設置有U型夾具背板(34)；所述U型夾具背板(34)中心垂直設置有升降絲杠(33)；所述升降絲杠(33)上螺紋連接升降板(38)；所述夾具背板(34)上端垂直設置有用于頂住升降板(38)的緊固絲杠(32)。

進一步的，所述升降板(38)上均勻設置有上夾緊塊(35)，每一個上夾緊塊(35)均單獨通過螺栓固定在升降板(38)上；所述夾具底座(37)下端均勻設置有與上夾緊塊(35)配合的下夾緊塊(36)，每一個下夾緊塊(36)均單獨通過螺栓固定在夾具底座(37)上；所述下夾緊塊(36)上端面與激振源測試裝置中的下夾板(20)上端面處于同一水平面。

進一步的，所述緊固絲杠(32)對稱設置兩根。

進一步的，所述平臺底座(1)上設置有用于調(diào)節(jié)激振源測試裝置和端頭夾具之間間距的長條形T型槽(2)。

進一步的，所述第一銷軸(15)上下兩端均設置有減震橡膠墊(12)；所述箱體(9)與上下減震橡膠墊(12)之間均設置有減震彈簧(13)。

進一步的，所述箱體(9)內(nèi)部兩側(cè)垂直對稱設置有第二銷軸(16)；所述上夾板(21)兩端套接在第二銷軸(16)上；所述第二銷軸(16)上位于上夾板(21)與下夾板(20)之間設置有壓縮彈簧(8)。

進一步的，所述U型支架(4)底部中心設置有傳感器固定架(17)；所述傳感器固定架(17)內(nèi)設置有磁鐵(18)；所述激光式位移傳感器(19)設置在傳感器固定架(17)頂端。

進一步的，所述上夾板(21)上端為等腰梯形形狀；所述楔塊(24)內(nèi)側(cè)下端設置有與上夾板(21)上端面配合的斜面。

進一步的，所述活塞式激振器(25)通過節(jié)流閥(26)連接氣泵。

本發(fā)明的有益效果：

1、平臺底座上設置有長條形的T型槽，激振源測試裝置和端頭夾具通過螺栓固定在T型槽上，通過松動螺栓可以調(diào)節(jié)激振源測試裝置和端頭夾具之間的間距，可以適應不同長度的薄壁構件的振動測試，提高使用范圍。

2、端頭夾具上添加的上下夾緊板可以使得端頭夾具在豎直方向上夾持不同高度的薄壁構件，并且在不會破壞薄壁類構件的前提下使夾具能夠夾持平板式、凹槽式等不同形狀的薄壁類構件，提高了夾具的通用性。

3、端頭夾具上增加的緊固絲杠與升降絲杠組成三點夾持陣列在提供足夠夾持力的前提下大大增強了夾具在工況下穩(wěn)定性使構件在振動過程中不易松動脫落。

4、端頭夾具兩側(cè)沒有設置擋板，每個上下夾緊塊均獨立通過螺栓固定，可以根據(jù)薄壁構件的形狀選擇上下夾緊塊個數(shù)，并且可以對損壞的夾緊塊進行更換，所夾持的薄壁構件寬度不受限制，對于少數(shù)特殊類型的不規(guī)則薄壁構件，只需根據(jù)構件尺寸加工相應的上下夾緊塊形狀就可完成夾持，使用更加靈活方便。

5、本裝置選用活塞式激振器，質(zhì)量輕、在空間任意方向安裝使用、在管路上加節(jié)流閥可調(diào)頻、使用方便，只需用一根通氣管即可，振動力大。

6、激振源測試裝置和端頭夾具的組合設計，提供了一種新的工件疲勞測試、裂紋分析和振動時效的實驗裝置，振幅可調(diào)、傳感器測量精準極大的增強了實驗的靈活性，對以往的時效分析和裂紋分析用的振動平臺進行了改進；平臺底座上的T型槽可以實現(xiàn)激振源測試裝置和端頭夾具之間間距的調(diào)節(jié)，箱體前后兩側(cè)為敞口狀態(tài)，可以實現(xiàn)改變激振源的位置真實反映出工件不同工況下的受力與裂紋分析，所得到的數(shù)據(jù)和結(jié)論更具有說服力和權威性。

7、激振源測試裝置與支架間彈簧支撐和隔斷的設計，在不影響振幅的前提下避免了激振力對激光測距傳感器的測量帶來的影響。

8、激振源測試裝置箱體內(nèi)的楔塊機構的設計，絲杠的使用使夾具部分具有較大的夾持力且不易松動，機構簡單，裝夾和卸載便利。

9、激光位移傳感器采用強力磁鐵吸附的連接方式，在不破壞工件且測量數(shù)據(jù)精準的前提下實現(xiàn)了快速更換激光位移傳感器的功能。

附圖說明

圖1為一種用于薄壁構件疲勞測試的振動實驗平臺的側(cè)面剖視結(jié)構示意圖。

圖2為圖1中激振源測試裝置部分的放大結(jié)構示意圖。

圖3為圖1中端頭夾具部分的放大結(jié)構示意圖。

圖4為端頭夾具部分正面示意圖。

圖5為激振源測試裝置正面剖視示意圖。

圖6為本設備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。

圖7等壁厚對稱三口型鋁合金薄壁構件剖視圖。

圖8等壁厚對稱三口型鋁合金薄壁構件正視圖。

圖中：1、平臺底座；2、T型槽；3、薄壁構件；4、U型支架；7、底蓋；8、壓縮彈簧；9、箱體；12、減震橡膠墊；13、減震彈簧；15、第一銷軸；16、第二銷軸；17、傳感器固定架；18、磁鐵；19、激光式位移傳感器；20、下夾板；21、上夾板；22、第一絲杠；23、軸承；24、楔塊；25、活塞式激振器；26、節(jié)流閥；30、速度傳感器；31、加速度傳感器；32、緊固絲杠；33、升降絲杠；34、夾具背板；35、上夾緊塊；36、下夾緊塊；37、夾具底座；38、升降板。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應對本發(fā)明的保護范圍有任何的限制作用。

如圖1-圖6所示，本發(fā)明的具體結(jié)構為：一種用于薄壁構件疲勞測試的振動實驗平臺，它包括平臺底座1，所述平臺底座1上設置有激振源測試裝置和用于固定薄壁構件3的端頭夾具；所述激振源測試裝置包括設置在平臺底座1上的U型支架4；所述U型支架4底部中心設置有激光式位移傳感器19；所述U型支架4上端兩側(cè)垂直對稱設置有第一銷軸15；所述第一銷軸15上活動套接有箱體9；所述箱體9前后兩側(cè)為敞口狀態(tài)；所述箱體9與第一銷軸15兩端之間設置有減震彈簧13；所述箱體9頂端設置有活塞式激振器25；所述箱體9內(nèi)水平設置有第一絲杠22；所述第一絲杠22上設置有兩個相互對稱的楔塊24；所述楔塊24下端接觸有上夾板21；所述箱體9的底蓋7上設置有下夾板20；所述上夾板21與下夾板20相互配合構成用于夾住薄壁構件3的夾具；所述薄壁構件3上位于激振源測試裝置一端設置有速度傳感器30和加速度傳感器31。

優(yōu)選的，所述端頭夾具包括設置在平臺底座1上的夾具底座37；所述夾具底座37上設置有U型夾具背板34；所述U型夾具背板34中心垂直設置有升降絲杠33；所述升降絲杠33上螺紋連接升降板38；所述夾具背板34上端垂直設置有用于頂住升降板38的緊固絲杠32。

優(yōu)選的，所述升降板38上均勻設置有上夾緊塊35，每一個上夾緊塊35均單獨通過螺栓固定在升降板38上；所述夾具底座37下端均勻設置有與上夾緊塊35配合的下夾緊塊36，每一個下夾緊塊36均單獨通過螺栓固定在夾具底座37上；所述下夾緊塊36上端面與激振源測試裝置中的下夾板20上端面處于同一水平面。

優(yōu)選的，所述緊固絲杠32對稱設置兩根。

優(yōu)選的，所述平臺底座1上設置有用于調(diào)節(jié)激振源測試裝置和端頭夾具之間間距的長條形T型槽2。

優(yōu)選的，所述第一銷軸15上下兩端均設置有減震橡膠墊12；所述箱體9與上下減震橡膠墊12之間均設置有減震彈簧13。

優(yōu)選的，所述箱體9內(nèi)部兩側(cè)垂直對稱設置有第二銷軸16；所述上夾板21兩端套接在第二銷軸16上；所述第二銷軸16上位于上夾板21與下夾板20之間設置有壓縮彈簧8。

優(yōu)選的，所述U型支架4底部中心設置有傳感器固定架17；所述傳感器固定架17內(nèi)設置有磁鐵18；所述激光式位移傳感器19設置在傳感器固定架17頂端。

優(yōu)選的，所述上夾板21上端為等腰梯形形狀；所述楔塊24內(nèi)側(cè)下端設置有與上夾板21上端面配合的斜面。

優(yōu)選的，所述活塞式激振器25通過節(jié)流閥26連接氣泵。

優(yōu)選的，第一絲杠22與箱體9之間設置有軸承23。

本發(fā)明具體實施例：

激光式位移傳感器19采用ZLDS10X激光位移傳感器；速度傳感器30采用DH601磁電式速度傳感器；加速度傳感器31采用DH131壓電式加速度傳感器。

常規(guī)實驗工況下，激光式位移傳感器19由磁鐵吸附在激振源夾持部分的支架底部，速度傳感器30和加速度傳感器31由螺栓固定在靠近激振源的薄壁構件上。各傳感器實時測量并將數(shù)據(jù)輸送到動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進而由該系統(tǒng)通過網(wǎng)線鏈接PC終端，可在電腦操作系統(tǒng)中實現(xiàn)振動加速度、振動速度、振動位移的測試和分析。還能通過在工件上粘貼金屬應變片，完成應力應變的測試和分析，最終完成振動四大要素的實時儲存、實時顯示和實時分析，其具體數(shù)據(jù)采集示意圖如圖6所示。

激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器，處理器計算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進行的平均輸出。

對等壁厚對稱三口型鋁合金薄壁構件(圖7、8所示)進行振動疲勞試驗，處理方法如下：

第一步，將薄壁構件3放入到端頭夾具內(nèi)，對應構件凹槽調(diào)整上夾緊塊35與下夾緊塊36的排列位置，旋轉(zhuǎn)升降絲杠33將薄壁構件夾緊，同時旋轉(zhuǎn)緊固絲杠32進行固定。

第二步，將薄壁構件另一端放入到激振源測試裝置內(nèi)的上下夾板之間，根據(jù)需要調(diào)整薄壁構件夾緊部位，旋轉(zhuǎn)第一絲杠22使上下夾板(21、20)固定住薄壁構件。擰緊U型4與平臺底座1上的緊固螺栓3。

第四步，將加有節(jié)流閥的通氣管道連接氣泵和活塞式激振器25。

第五步，將激光式位移傳感器19吸附在U型支架4底端調(diào)整位置，使光束正對箱體底蓋7。將速度傳感器30與位移傳感器31用螺栓緊固在靠近激振源的薄壁構件上，實現(xiàn)剛性連接。將各傳感器導線與動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用網(wǎng)線將動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC終端連接，調(diào)試各傳感器使其正常工作。

第六步，開啟氣泵，通過PC端數(shù)據(jù)變化調(diào)整節(jié)流閥改變振動的頻率或者更換不同型號的活塞式激振器25使振動三要素達到預定標準后計時開始。

第七步，記時結(jié)束后，取下薄壁構件觀察等壁厚非對稱三口型鋁合金薄壁構件從初始裂紋尺寸擴展到臨界裂紋尺寸所經(jīng)歷的時間和臨界裂紋尺寸的長度，推算該構件的使用壽命、進行壽命評估。

需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結(jié)構，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也可以將上述技術特征以適當?shù)姆绞竭M行組合；這些改進潤飾、變化或組合，或未經(jīng)改進將發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均應視為本發(fā)明的保護范圍。