CN102928305B - 谐振式复合材料片材疲劳试验机 - Google Patents

谐振式复合材料片材疲劳试验机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种谐振式复合材料片材疲劳试验机，包括：一支撑台座；一转轮，所述转轮架设于所述支撑台座的顶部，所述转轮表面设有一振幅调节槽，一定位螺栓可滑动调节的设置于所述振幅调节槽内；一滑轨，所述滑轨竖向设置于所述支撑台座上所述转轮的下方，所述滑轨内配合滑设有一滑块，所述滑块的下端通过一杆体连接一加载触点；一曲柄，所述曲柄的上端可转动连接所述定位螺栓，所述曲柄的下端可转动连接所述滑块；一试样固定座，所述试样固定座连接于所述支撑台座上所述滑轨的下方。采用永磁电机作为驱动，以牵引转轮上的振幅调节槽作为曲柄的摇臂，以滑块作为运动点，实现谐振连续性往复作动。

Description

谐振式复合材料片材疲劳试验机
技术领域
本发明涉及实验器材领域，尤其是一种利用谐振频率对复合材料标准片材进行位移控制式疲劳加载的谐振式复合材料片材疲劳试验机。
背景技术
目前的疲劳测试采用的加载方式通常为液压或三相电压作为动力源，复杂的传感器系统与动力控制系统使得系统庞大而复杂，对于通常厚度（0.1-15mm）的复合材料片材疲劳测试，传统的大型设备显得大材小用，同时也不利于节能。
一般的疲劳测试系统都采用液压循环，体积偏大，液压循环作动机制非常复杂，伺服控制非常严格，通常需要较大的高压电组以及多油泵体系去工作，整套设备占地面积较大，水循环降温系统繁杂。而国家标准规定的复合材料片材自身厚度和面内尺度较小，因此需要的策动力也非常小，我们要发明的疲劳测试系统利用220V交流变直流可调电压转换箱，便可以实现10Hz以内的低频循环往复运动，较为便捷，主要针对周期性较强的谐振疲劳测试，可实现快速的高周与低周疲劳测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用谐振频率对复合材料标准片材进行位移控制式疲劳加载的谐振式复合材料片材疲劳试验机。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种谐振式复合材料片材疲劳试验机，包括：
一支撑台座；
一转轮，所述转轮架设于所述支撑台座的顶部，所述转轮表面设有一振幅调节槽，一定位螺栓可滑动调节的设置于所述振幅调节槽内；
一滑轨，所述滑轨竖向设置于所述支撑台座上所述转轮的下方，所述滑轨内配合滑设有一滑块，所述滑块的下端通过一杆体连接一加载触点；
一曲柄，所述曲柄的上端可转动连接所述定位螺栓，所述曲柄的下端可转动连接所述滑块；
一试样固定座，所述试样固定座连接于所述支撑台座上所述滑轨的下方。
本发明进一步的改进在于，所述转轮由一电机驱动，所述电机连接于所述支撑台座的顶部。
本发明进一步的改进在于，所述振幅调节槽沿所述转轮的半径方向设置。
本发明进一步的改进在于，所述曲柄的上端形成一第一环体，所述第一环体配合一轴承可转动地套设于所述定位螺栓。
本发明进一步的改进在于，所述滑块表面设有一柱体，所述曲柄的下端形成一第二环体，所述第二环体配合一轴承可转动地套设于所述柱体。
本发明进一步的改进在于，所述试样固定座包括一基板、一第一试样夹持器、一第二试样夹持器以及一第三试样夹持器，所述基板架设于所述支撑台座上，所述基板上对称开设有两个试样固定槽，所述试样固定槽分别位于所述加载触点的两侧，所述第一试样夹持器与所述第二试样夹持器分别滑动连接于所述试样固定槽内，所述第三试样夹持器设于所述第一试样夹持器与所述第二试样夹持器之间。
本发明进一步的改进在于，在所述基板的两端分别设有一组连接支座，对应所述连接支座在所述支撑台座上开设有两个滑槽，通过螺栓和螺母固定所述连接支座与所述滑槽，使所述试样固定座连接所述支撑台座。
本发明进一步的改进在于，所述支撑台座的下方垫有阻尼垫块。
本发明进一步的改进在于，所述阻尼垫块上设有一通槽，所述第三试样夹持器设于所述通槽内。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：采用永磁电机作为驱动，以牵引转轮上的振幅调节槽作为曲柄的摇臂，以滑块作为运动点，实现谐振连续性往复作动，其疲劳控制位移幅度可通过调节振幅调节槽来实现。利用转轮-曲柄-滑块机构原理实现可调幅值的谐波振动，实现疲劳加载过程，便携、易调、操作简单且无液压循环。
附图说明
图1是本发明谐振式复合材料片材疲劳试验机的结构示意图。
图2是图1的局部结构放大示意图。
图3是本发明谐振式复合材料片材疲劳试验机的使用状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参阅图1所示，本发明的谐振式复合材料片材疲劳试验机1主要由一支撑台座10、一转轮11、一曲柄12、一滑块13以及一试样固定座14组成，利用转轮-曲柄-滑块机构原理实现可调幅值的谐波振动，实现疲劳加载过程。
其中，支撑台座10的顶部通过螺栓螺母固定有一电机101，电机101为一永磁电机。电机101的输出端连接转轮11，通过电机101驱动转轮11旋转，沿转轮11的半径方向设置有一振幅调节槽110，采用电机101作为驱动，以牵引转轮11上的振幅调节槽110作为谐振运动的摇臂。一定位螺栓123可滑动调节的设置于振幅调节槽110内，其中，定位螺栓123距离转轮11的中心的距离就是谐振运动的振幅。定位螺栓123可配合一螺母可调节连接于振幅调节槽110内，通过向内拧紧定位螺栓123使定位螺栓123与振幅调节槽110相对固定，以固定谐振运动的振幅；当向外放松定位螺栓123时，定位螺栓123可在振幅调节槽110内滑动，以调节定位螺栓123与转轮11中心之间的距离。也可以在转轮11上的相应位置设置螺纹，配合定位螺栓123一起使用，达到定位与调节的作用，具体操作同上。
支撑台座10上转轮11的下方设有一滑轨102，滑块13配合滑设于滑轨102内，滑块13的下端通过一杆体130连接一加载触点131，在使用前，被检测的片材与加载触点131保持零压接触。
曲柄12连接于振幅调节槽110内的定位螺栓123与滑块13之间，其中，配合图2所示，曲柄12的上端形成一第一环体121，第一环体121配合一轴承17可转动地套设于定位螺栓123，使曲柄12的上端与定位螺栓123之间可转动连接。滑块13的表面设有一柱体120，曲柄12的下端形成一第二环体122，第二环体122配合一轴承18可转动地套设于柱体120，使曲柄12的下端与滑块13的柱体120之间可转动连接。
试样固定座14连接于支撑台座10上滑轨102的下方。试样固定座14包括一基板142、一第一试样夹持器145、一第二试样夹持器146以及一第三试样夹持器147，在基板142的两端分别设有一组连接支座141，对应该连接支座141在支撑台座10上开设有两个滑槽103，通过螺栓和螺母固定该连接支座141与滑槽103，使试样固定座14可上下调节连接支撑台座10，以调节试样固定座14上片材的高度配合疲劳加载试验。
基板142上对称开设有两个试样固定槽140，试样固定槽140分别位于加载触点131的两侧，第一试样夹持器145与第二试样夹持器146分别滑动连接于试样固定槽140内，第三试样夹持器147设于第一试样夹持器145和第二试样夹持器146之间。配合图3所示，第一试样夹持器145配合一调节螺栓1450用于夹持片材15，第三试样夹持器147和第二试样夹持器146依次用于支撑片材15，从而固定片材15，对不同厚度和长度的片材15，调整第一试样夹持器145、第二试样夹持器146以及第三试样夹持器147，根据设计位移幅度进行加载位置与宽度的调节。
在支撑台座10的下方垫设阻尼垫块16，用来耗能减震，使得疲劳加载的循环往复运动不会产生过大的振动，同时具有同步去噪功能。在使用时，在阻尼垫块16上开设一通槽160，将第三试样夹持器147的下端放置于通槽160内。片材15置于第一试样夹持器145、第二试样夹持器146和第三试样夹持器147上，第一试样夹持器145、第二试样夹持器146和第三试样夹持器147相互配合，使片材15形成了连续闭合的三点弯曲疲劳测试体系。
本发明疲劳试验机1的具体使用步骤如下：
（1）调节阻尼垫块16，使支撑台座10完全位于阻尼垫块16内。
（2）根据试验要求事先对准与调整。于滑槽103内调节试样固定座14的高度，拧紧螺栓和螺母进行定位；根据片材15的厚度，调节第一试样夹持器145上的调节螺栓1450，夹住片材15，并根据片材15的弯曲程度，调节第二试样夹持器146和第三试样夹持器147，使片材15在第一试样夹持器145、第二试样夹持器146和第三试样夹持器147上形成了连续闭合的三点弯曲疲劳测试体系。
（3）在转轮11的振幅调节槽110内调节定位螺栓123与转轮11中心的距离，调节完毕后拧紧定位螺栓123固定该距离，该距离即为设定的振幅大小。
（4）检查片材15与加载触点131是否零压接触，保证完全零压接触后打开电源开关。
（5）电机101驱动转轮11转动，牵引转轮11上的振幅调节槽110作为曲柄12的摇臂，以滑块13作为运动点，实现谐振连续性往复作动。形成转轮-曲柄-滑块机构。
（6）记录电机101的频率与加载时间，待片材15破坏后计算循环圈数即可得到疲劳试验循环结果。
本发明利用转轮-曲柄-滑块机构原理实现可调幅值的谐波振动，实现疲劳加载过程，便携、易调、操作简单且无液压循环。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种谐振式复合材料片材疲劳试验机，其特征在于所述疲劳试验机包括：
一支撑台座；
一转轮，所述转轮架设于所述支撑台座的顶部，所述转轮表面设有一振幅调节槽，一定位螺栓可滑动调节的设置于所述振幅调节槽内；
一滑轨，所述滑轨竖向设置于所述支撑台座上所述转轮的下方，所述滑轨内配合滑设有一滑块，所述滑块的下端通过一杆体连接一加载触点；
一曲柄，所述曲柄的上端可转动连接所述定位螺栓，所述曲柄的下端可转动连接所述滑块；
一试样固定座，所述试样固定座连接于所述支撑台座上所述滑轨的下方；
所述试样固定座包括一基板、一第一试样夹持器、一第二试样夹持器以及一第三试样夹持器，所述基板架设于所述支撑台座上，所述基板上对称开设有两个试样固定槽，所述试样固定槽分别位于所述加载触点的两侧，所述第一试样夹持器与所述第二试样夹持器分别滑动连接于所述试样固定槽内，所述第三试样夹持器设于所述第一试样夹持器与所述第二试样夹持器之间；
所述转轮由一电机驱动，所述电机连接于所述支撑台座的顶部。
2.如权利要求1所述的疲劳试验机，其特征在于：所述振幅调节槽沿所述转轮的半径方向设置。
3.如权利要求1所述的疲劳试验机，其特征在于：所述曲柄的上端形成一第一环体，所述第一环体配合一轴承可转动地套设于所述定位螺栓。
4.如权利要求1所述的疲劳试验机，其特征在于：所述滑块表面设有一柱体，所述曲柄的下端形成一第二环体，所述第二环体配合一轴承可转动地套设于所述柱体。
5.如权利要求1所述的疲劳试验机，其特征在于：在所述基板的两端分别设有一组连接支座，对应所述连接支座在所述支撑台座上开设有两个滑槽，通过螺栓和螺母固定所述连接支座与所述滑槽，使所述试样固定座连接所述支撑台座。
6.如权利要求5所述的疲劳试验机，其特征在于：所述支撑台座的下方垫有阻尼垫块。
7.如权利要求6所述的疲劳试验机，其特征在于：所述阻尼垫块上设有一通槽，所述第三试样夹持器设于所述通槽内。
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