CN106769556B - 测试金属试块振动与疲劳耦合的可靠性试验工作台与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测试金属试块振动与疲劳耦合的可靠性试验工作台与系统，包括振动激发装置、工控计算机和试验工作台；所述试验工作台设置于所述振动激发装置上，加速度计设置于所述试验工作台上，所述试验工作台上安装金属试件；所述振动激发装置产生振动动态激励并通过所述试验工作台传递给所述金属试件；所述加速度计用于监测金属试件在试验过程当中受到激励后的响应情况，并将监测数据反馈给所述工控计算机。本发明能够在试验过程中控制金属试块的运动状态，从而研究在振动和疲劳损伤相互影响、作用的状态下，金属的损伤机理。

Description

测试金属试块振动与疲劳耦合的可靠性试验工作台与系统
技术领域
本发明涉及测试金属的可靠性试验技术领域，具体涉及一种测试金属试块振动与疲劳耦合的可靠性试验工作台与系统。
背景技术
在大多数情况下，由金属构成的运动工作机构在工作中，不可避免会产生各种振动并传递作用到各个零部件上。同时，在长时间工作之后薄弱部位也会产生疲劳裂纹。疲劳裂纹会对整个机构的动态性能产生影响(刚度、阻尼、固有频率等)，改变了的动态性能又会反过来对动态条件下的应力状态产生影响，这种应力状态的改变又会反作用于疲劳裂纹，控制疲劳裂纹的扩展，并最终使得工作机构失去效能。因此，研究振动和疲劳对于金属构件的耦合作用，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种测试金属试块振动与疲劳耦合的可靠性试验工作台与系统，用于研究振动和疲劳对于金属构件的耦合作用。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，包括止转螺钉、基座、固定手柄、定位块和支撑基块，所述基座两端分别设置一肩部，两所述肩部内侧各设置一导向孔，所述支撑基块为两个，两个所述支撑基块一端分别插入两所述肩部的导向孔内，所述定位块设置于两所述肩部之间的基座上，所述定位块上设置卡槽，所述定位块的卡槽上用于安装金属试件，所述金属试件两端设置卡口与所述支撑基块配合，所述金属试件上设置砝码，所述砝码上设置加速度计，所述固定手柄位于所述肩部外侧且通过螺纹与所述肩部连接，所述固定手柄一端通过螺纹从外侧旋入所述肩部后与所述支撑基块接触，所述肩部上设置止转螺钉孔，所述止转螺钉插入所述止转螺钉孔后与所述支撑基块配合，所述止转螺钉与所述支撑基块配合后用于防止所述支撑基块旋转。
为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
根据本发明的一个实施方案，所述砝码与所述金属试件之间通过螺纹连接。
根据本发明的另一个实施方案，所述定位块的材质为自润滑材料。
根据本发明的另一个实施方案，所述定位块的材质为聚四氟乙烯。
根据本发明的另一个实施方案，所述支撑基块由第一圆柱体和第二圆柱体组成，所述第一圆柱体一端端部垂直连接于所述第二圆柱体的圆形柱体面，所述第一圆柱体另一端插入所述支撑基块的导向孔内，所述第二圆柱体的圆形柱体面与所述卡口配合。
根据本发明的另一个实施方案，所述支撑基块的第一圆柱体上设置一平面，当所述止转螺钉一端顶在所述平面上时，所述止转螺钉阻止所述第一圆柱体旋转。
根据本发明的另一个实施方案，所述卡口为方形开口。
根据本发明的另一个实施方案，所述加速度计粘贴在所述砝码上。
根据本发明的另一个实施方案，所述砝码位于所述金属试件中部。
本发明还可以是：
一种测试金属试块振动与疲劳耦合作用下的可靠性试验系统，包括振动激发装置、工控计算机和试验工作台；所述试验工作台设置于所述振动激发装置上，加速度计设置于所述试验工作台上，所述试验工作台上安装金属试件；所述振动激发装置产生振动动态激励并通过所述试验工作台传递给所述金属试件；所述加速度计用于监测金属试件在试验过程当中受到激励后的响应情况，并将监测数据反馈给所述工控计算机；所述工控计算机接收所述加速度计的反馈信息，以及按照试验控制要求控制振动激发装置的动态激励。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种测试金属试块振动与疲劳耦合的可靠性试验工作台与系统，可以在试验过程中控制金属结构的运动状态和结构特性，在不同工况下，得到金属机构受到振动和疲劳耦合作用下的测试结果，从而研究在振动和疲劳损伤相互影响、作用的状态下，金属的损伤机理。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1为根据本发明一个实施例的测试金属试块振动与疲劳耦合作用下的可靠性试验系统的示意图。
图2为根据本发明一个实施例的试验工作台的结构示意图。
图3为根据本发明一个实施例的试验工作台的局部结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－止转螺钉，2－基座，3－固定手柄，4－定位块，5－金属试件，6－支撑基块，7－砝码，8－加速度计，9－肩部，10－导向孔，11－卡槽，12－卡口，13－第一圆柱体，14－第二圆柱体，15－平面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图2所示，图2为根据本发明一个实施例的试验工作台的结构示意图，一种用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，包括止转螺钉1、基座2、固定手柄3、定位块4和支撑基块6，所述基座2两端分别设置一肩部9，两所述肩部9内侧各设置一导向孔10，所述支撑基块6为两个，两个所述支撑基块6一端分别插入两所述肩部9的导向孔10内，所述定位块4设置于两所述肩部9之间的基座2上，所述定位块4上设置卡槽11，所述定位块4的卡槽11上用于安装金属试件5，所述金属试件5两端设置卡口12与所述支撑基块6配合，卡口12可为如图所示的方形开口，所述金属试件5上设置砝码7，所述砝码7上设置加速度计8，所述固定手柄3位于所述肩部9外侧且通过螺纹与所述肩部9连接，所述固定手柄3一端通过螺纹从外侧旋入所述肩部9后与所述支撑基块6接触，所述肩部9上设置止转螺钉孔，所述止转螺钉1插入所述止转螺钉孔后与所述支撑基块6配合，所述止转螺钉1与所述支撑基块6配合后用于防止所述支撑基块6旋转。
砝码7与所述金属试件5之间可通过多种方式进行连接，例如螺纹连接等，其具体可在砝码7或金属试件5的其中一个上设置螺纹孔，另一个上设置与之配合的螺杆。
定位块4的材质可选用自润滑材料，例如聚四氟乙烯等。
对于支撑基块6的一种优先结构，其可由第一圆柱体13和第二圆柱体14组成，所述第一圆柱体13一端端部垂直连接于所述第二圆柱体14的圆形柱体面，所述第一圆柱体13另一端插入所述支撑基块6的导向孔10内，所述第二圆柱体14的圆形柱体面与所述卡口12配合。
如图3所示，图3为根据本发明一个实施例的试验工作台的局部结构示意图，所述支撑基块6的第一圆柱体13上设置一平面15，当所述止转螺钉1一端顶在所述平面15上时，所述止转螺钉1阻止所述第一圆柱体13旋转。也就是说，支撑基块6后端穿入基座2后，旋入止转螺钉1，止转螺钉1顶端为平面，旋入后顶紧支撑基块6中部顶端的平面，在试验过程中支撑基块6就不会产生转动。
砝码7一般设置于所述金属试件5中部，加速度计8可通过粘贴方式设置于所述砝码7上；如图2所示，加速度计8粘贴在砝码7顶部。
如图1所示，图1为根据本发明一个实施例的测试金属试块振动与疲劳耦合作用下的可靠性试验系统的示意图，一种测试金属试块振动与疲劳耦合作用下的可靠性试验系统，包括振动激发装置、工控计算机和以上实施例所描述的试验工作台；所述试验工作台设置于所述振动激发装置上，加速度计8设置于所述试验工作台上，所述试验工作台上安装金属试件5；所述振动激发装置产生振动动态激励并通过所述试验工作台传递给所述金属试件5；所述加速度计8用于监测金属试件5在试验过程当中受到激励后的响应情况，并将监测数据反馈给所述工控计算机；所述工控计算机接收所述加速度计8的反馈信息，以及按照试验控制要求控制振动激发装置的动态激励。
即以上结构，为了控制金属结构在试验过程中的运动状态以及整个结构的动态特性。一方面，利用加速度计8监控试验过程中整个结构的动态响应，并连同振动激发装置一起形成闭环控制；另一方面，利用试验工作台改变整个金属结构的动态特性，实现不同振动特性条件下的测试。
本发明的技术原理是：
1、振动动态激励由振动激发装置(振动台)产生；
2、在振动激发装置上安装试验工作台，将振动激励传递到试验金属关键构件上；
3、在金属关键构件上粘贴加速度计8以测量试验构件在试验过程当中受到激励后的响应情况，然后将加速度计8信号(加速度、频率)反馈给工控计算机；
4、工控计算机一方面接受加速度计8的反馈信息，另一方面按照试验控制要求控制振动激发装置的动态激励。
试验过程中的振动激励(加速度、位移、频率、循环周次)、受试金属构件运动加速度、频率数据由工控计算机采集并记录。
本发明的试验过程：
通过振动激发装置(振动台)产生需要的激励，如设定加速或位移条件，进行扫频、定频工作条件下的试验。试验工作平台收到激励之后，将激励通过试验结构传递给金属试件5。金属试件5的中部预先加工有尖锐的缺口，因为缺口的应力集中效应，会在缺口顶端产生疲劳裂纹，随着疲劳裂纹的扩展，金属构件的激励响应也会随之改变。加速计8会在试验过程中检测金属试件5的激励响应，并传递给工控计算机。
本发明试验系统可以实现以下工作模式：
1)在定频(振动频率、加速度或位移)条件下，金属构件疲劳裂纹萌生、扩展、断裂检测；
2)在扫频(设定加速度或位移，扫频范围)条件下，金属构件疲劳裂纹萌生、扩展、断裂检测；
3)在随机振动条件下，金属构件疲劳裂纹萌生、扩展、断裂检测；
4)通过改变砝码7质量，改变金属构件的动态响应特性(刚度，阻尼、固有频率),实现相同激励条件下的不同动态响应特性对比试验；
5)通过改变两个支撑基块6之间的距离，改变金属构件的动态响应特性(刚度，阻尼、固有频率),实现相同激励条件下的不同动态响应特性对比试验；
6)通过检测加速度计8的反馈信号，通过工控计算机随之改变振动激励，实现始终在金属试件5产生共振的条件下进行试验。
综上，本发明作为一种可以控制金属在振动和疲劳共同作用下的可靠性试验系统，其能够在试验过程中控制金属试块的运动状态，从而研究在振动和疲劳损伤相互影响、作用的状态下，金属的损伤机理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于包括止转螺钉(1)、基座(2)、固定手柄(3)、定位块(4)和支撑基块(6)，所述基座(2)两端分别设置一肩部(9)，两所述肩部(9)内侧各设置一导向孔(10)，所述支撑基块(6)为两个，两个所述支撑基块(6)一端分别插入两所述肩部(9)的导向孔(10)内，所述定位块(4)设置于两所述肩部(9)之间的基座(2)上，所述定位块(4)上设置卡槽(11)，所述定位块(4)的卡槽(11)上用于安装金属试件(5)，所述金属试件(5)两端通过设置卡口(12)与所述支撑基块(6)配合，所述金属试件(5)上设置砝码(7)，所述砝码(7)上设置加速度计(8)，所述固定手柄(3)位于所述肩部(9)外侧且通过螺纹与所述肩部(9)连接，所述固定手柄(3)一端通过螺纹从外侧旋入所述肩部(9)后与所述支撑基块(6)接触，所述肩部(9)上设置止转螺钉孔，所述止转螺钉(1)插入所述止转螺钉孔后与所述支撑基块(6)配合，所述止转螺钉(1)与所述支撑基块(6)配合后用于防止所述支撑基块(6)旋转。
2.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述砝码(7)与所述金属试件(5)之间通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述定位块(4)的材质为自润滑材料。
4.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述定位块(4)的材质为聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述支撑基块(6)由第一圆柱体(13)和第二圆柱体(14)组成，所述第一圆柱体(13)一端端部垂直连接于所述第二圆柱体(14)的圆形柱体面，所述第一圆柱体(13)另一端插入所述支撑基块(6)的导向孔(10)内，所述第二圆柱体(14)的圆形柱体面与所述卡口(12)配合。
6.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述支撑基块(6)的第一圆柱体(13)上设置一平面(15)，当所述止转螺钉(1)一端顶在所述平面(15)上时，所述止转螺钉(1)阻止所述第一圆柱体(13)旋转。
7.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述卡口(12)为方形开口。
8.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述加速度计(8)粘贴在所述砝码(7)上。
9.根据权利要求1所述的用于测试金属试块可靠性试验系统的试验工作台，其特征在于所述砝码(7)位于所述金属试件(5)中部。
10.一种测试金属试块振动与疲劳耦合作用下的可靠性试验系统，其特征在于包括振动激发装置、工控计算机和权利要求1-9任一项所述的试验工作台；所述试验工作台设置于所述振动激发装置上，加速度计(8)设置于所述试验工作台上，所述试验工作台上安装金属试件(5)；所述振动激发装置产生振动动态激励并通过所述试验工作台传递给所述金属试件(5)；所述加速度计(8)用于监测金属试件(5)在试验过程当中受到激励后的响应情况，并将监测数据反馈给所述工控计算机；所述工控计算机接收所述加速度计(8)的反馈信息，以及按照试验控制要求控制振动激发装置的动态激励。
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