CN106769567A - 微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法 - Google Patents
微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106769567A CN106769567A CN201611183165.2A CN201611183165A CN106769567A CN 106769567 A CN106769567 A CN 106769567A CN 201611183165 A CN201611183165 A CN 201611183165A CN 106769567 A CN106769567 A CN 106769567A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- displacement
- longitudinal
- sliding
- stack
- screw
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 76
- 230000036316 preload Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 82
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 abstract description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 102000002508 Peptide Elongation Factors Human genes 0.000 description 1
- 108010068204 Peptide Elongation Factors Proteins 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 210000004709 eyebrow Anatomy 0.000 description 1
- 210000000720 eyelash Anatomy 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
- G01N3/38—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by electromagnetic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0005—Repeated or cyclic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0019—Compressive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/005—Electromagnetic means
- G01N2203/0051—Piezoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0073—Fatigue
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明涉及一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法，属于机电领域。包括正交复合双压电驱动机构，预载荷发生机构，端密封介质腔体机构，介质加热机构，组合夹具机构，滑轨机构，底座；正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接，滑轨机构设在底座上，预载荷发生机构设在底座上，其与组合夹具机构相连接，组合夹具机构与端密封介质腔体机构相连接，介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。本发明与现有技术相比，在对材料的表面进行微滑动摩擦疲劳测试的同时，增设了预载荷与材料服役液体介质环境，使摩擦疲劳测试更接近于材料真实服役环境，提高了测试结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及机电领域，特别涉及一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法。是一种能够提供试件区域介质环境，且能够对试件施加预载荷的微滑动摩擦疲劳测试装置及测试方法。
背景技术
各类材料及其制品在其服役期间常会发生断裂失效的问题，给实际生产活动带来直接或间接的影响及威胁，严重影响了经济利益的增长及发展。疲劳是造成材料断裂失效的重要因素，而摩擦疲劳是造成接触面失效的重要因素，因此研究材料的摩擦疲劳力学性能及表现具有重要的理论价值与现实意义。材料实际服役工况是复杂的，涉及服役区域介质氛围、复合载荷场等，因此将疲劳试验置于接近于材料真实服役工况的条件下对正确揭示材料疲劳力学性能具有非常重要的作用。现有材料摩擦疲劳试验机存在无介质环境，且不能对试件预置载荷，均不能较好模拟材料真实工况及环境下的摩擦疲劳性能。因此，设计一种能够将试验置于真实介质环境及真实载荷工况的微滑动摩擦疲劳测试工艺及装置迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明能够提供介质环境，能够对试件施加预载荷，且能在微小尺度范围内对材料进行摩擦疲劳测试。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
微滑动摩擦疲劳力学测试装置，包括正交复合双压电驱动机构、预载荷发生机构、端密封介质腔体机构、介质加热机构、组合夹具机构、滑轨机构及底座20，所述正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接，所述滑轨机构设在底座20上，所述预载荷发生机构设在底座20上，与组合夹具机构相连接，所述组合夹具机构与端密封介质腔体机构相连接，所述介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。
所述的正交复合双压电驱动机构包括：横向压电驱动模块1、横纵叠堆连接模块2、纵向柔性铰链3、定位滑销4、纵向压电叠堆5、正压力传感器6、摩擦杆7、叠堆支架安装螺钉30、叠堆支架31、横向压电驱动模块固定螺钉32、紧固螺母35、LVDT位移传感器二40、位移传感器安装板41，所述纵向压电叠堆5安装在纵向柔性铰链3上，横向压电驱动模块1通过横纵叠堆连接模块2与纵向柔性铰链3相连接，同时纵向柔性铰链3通过定位滑销4与叠堆支架31相连接，定位滑销4保证了纵向柔性铰链3仅在定位滑销4的轴线方向运动，纵向压电叠堆5端部设有螺纹孔，正压力传感器6两端设有螺纹，正压力传感器6测量由纵向压电叠堆5所施加的载荷，同时实现对纵向压电叠堆5的闭环控制，来实现特定交变载荷的输出；所述摩擦杆7一端设有螺纹，另一端设有矩形块摩擦头，所述正压力传感器6一端与纵向压电叠堆5螺纹连接，另一端通过紧固螺母35与摩擦杆7的螺纹端相连接，摩擦杆7的矩形块摩擦头与试件8相接触，所述叠堆支架31上设有矩形槽，横向压电驱动模块1设置在所述矩形槽内，并通过横向压电驱动模块固定螺钉32与叠堆支架31相连接，所述叠堆支架31通过叠堆支架安装螺钉30连接在滑块29上；所述位移传感器安装板41的侧面及顶面设有螺纹孔，中间设有通孔，所述位移传感器安装板41通过侧面的螺纹孔与叠堆支架31相连接，LVDT位移传感器二40设置在位移传感器安装板41的通孔内，并通过位移传感器安装板41顶面的螺纹孔螺栓预紧固定，所述LVDT位移传感器二40的测量端部与纵向柔性铰链3相接触。
所述的横向压电驱动模块1包括：横向柔性铰链101、横向压电叠堆102，所述横向压电叠堆102安装在横向柔性铰链101上，所述横向压电叠堆102通过电压信号激励伸长并沿设定方向推动横向柔性铰链101，从而实现位移输出，通过设定的激励信号可实现往复式运动，为摩擦疲劳测试提供往复式摩擦运动。
所述的预载荷发生机构包括：力输出杆14、预载荷柔性铰链15、预载荷压电叠堆16、底板螺钉17、底板19、位移测量挡板37、LVDT位移传感器一38、位移传感器安装座39，所述预载荷柔性铰链15设有平行四边形槽及螺纹孔，所述力输出杆14的两端分别设有螺纹和端盖，力输出杆14的螺纹端与预载荷柔性铰链15上的螺纹孔相连接，所述预载荷压电叠堆16设在预载荷柔性铰链15上，所述预载荷柔性铰链15通过预载荷发生机构安装螺钉18连接在底板19上；位移测量挡板37设有螺纹孔，通过螺钉与预载荷柔性铰链15相连接，位移传感器安装座39侧面及顶面设有螺纹孔，中间开有通孔，其通过测面的螺纹孔连接到底座20上，LVDT位移传感器一38安装在位移传感器安装座39通孔内，并通过位移传感器安装座39顶面的螺纹孔进行螺栓预紧固定，所述LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触，所述LVDT位移传感器一38通过预载荷压电叠堆16的尺寸改变将变形传递给预载荷柔性铰链15，进而传递给位移测量挡板37，通过LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触，最终将位移变化传递到LVDT位移传感器一38，底板19通过底板螺钉17固定底座20上。
所述的端密封介质腔体机构包括：密封波纹管12、连接筒36、波纹管装配螺钉21、介质腔体安装螺钉22、介质腔体23，所述介质腔体23的形状为长方体，其上端为开口结构，其两侧开有圆形孔；所述介质腔体23的作用是容纳摩擦疲劳试验所需的介质环境，例如各类酸碱盐溶液等，上端开口结构为正交复合双压电驱动机构通过摩擦杆7施加摩擦疲劳提供路径，圆形孔为组合夹具机构伸入介质腔体23提供路径，所述介质腔体23的圆形孔两侧分别连接密封波纹管12和连接筒36，所述密封波纹管12由波纹管管身1201、波纹管密封端盖1202构成，所述波纹管密封端盖1202直径与力输出杆14的端盖直径相等，两者通过波纹管装配螺钉21相连接，所述连接筒36两端分别设有密封端盖，所述连接筒36分别通过两侧的密封端盖与介质腔体23及挡块33相连接，所述介质腔体23通过介质腔体安装螺钉22与底座20相连接。
所述的介质加热机构由加热管路25及外部热源构成，所述加热管路25是圆柱形弯管，搭接在介质腔体23的内侧壁，所述加热管路25的两接口平行朝外。
所述的组合夹具机构包括：销柱式右夹具9、连接螺母10、预压力传感器11、连接杆13、销柱式左夹具28，所述连接杆13由连接杆螺纹端1301和连接杆端盖1302构成，所述连接杆端盖1302直径与力输出杆14的端盖直径相等，所述连接杆13通过波纹管装配螺钉21分别与力输出杆14、密封波纹管12相连接；所述销柱式右夹具9两端分别设有销柱和螺纹，预压力传感器11两端均设有螺纹，其两侧均通过连接螺母10与连接杆螺纹端1301、销柱式右夹具9相连接；所述预压力传感器11测量试件8所承受的预载荷的大小，同时对预载荷压电叠堆16的闭环控制，来实现特定载荷的输出；所述预压力传感器11为防水压力传感器，设置在密封波纹管12内部，所述销柱式左夹具28在一端设有端盖，端盖上设有螺纹孔，挡块33通过挡块安装螺钉34安装在底座20上，销柱式左夹具28另一端设有销柱，所述销柱式左夹具28的端盖与挡块33螺栓连接，挡块33连接固定销柱式左夹具28，同时其与连接筒36连接起到了密封的作用。
所述的滑轨机构包括：直线滑轨24、滑轨螺钉26、紧固螺钉27、滑块29，所述直线滑轨24通过滑轨螺钉26连接在底座20上，所述滑块29安装在直线滑轨24上，所述滑块的侧壁设有螺纹孔，通过滑动滑块29能够使设在其上的叠堆支架31沿直线滑轨24方向移动，进而实现对需要进行滑动摩擦疲劳试验的试件目标区域的定位，通过紧固螺钉27实现滑块29在直线滑轨24上的紧固锁定。
本发明的另一目的在于提供一种微滑动摩擦疲劳力学测试方法，在施加横向预载荷F的前提下，通过对试件施加纵向交变正压力N(t)产生接触，并通过施加横向往复驱动来提供微滑动摩擦力，试验置于液体介质环境中；
摩擦疲劳为摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象，设摩擦杆7与试件8之间的摩擦系数为μ，则微滑动摩擦力的计算公式为：
f摩＝μN(t)
其中纵向交变正压力为：
接触区域应力计算公式为：
接触区域应变计算公式为：
其中N0为初始正压力，A0为纵向交变正压力的变化幅值，ω为纵向交变正压力变化的角速度，为纵向交变正压力的初始相位角，Δl为试件在纵向交变正压力N(t)作用下的试件变形量，l0为试件在沿受力方向的原始尺寸值，A为接触面积值；
根据上述计算公式，可得出在横向预载荷F作用下的应力应变(σ-ε)曲线，根据应力-应变(σ-ε)曲线来对摩擦疲劳力学性能进行分析，并记录出现疲劳时的横向往复驱动次数n；通过设置不同横向预载荷F、相同纵向交变正压力N(t)，可以得出在特定N(t)作用下的不同预载荷-摩擦疲劳寿命(F-n)曲线；通过设置相同横向预载荷F；不同纵向交变正压力N(t)，可以得出在特定横向预载荷F作用下的不同纵向交变正压力-摩擦疲劳寿命(N-n)曲线，从多方面、多角度对材料的微滑动摩擦疲劳力学性能进行分析研究。
本发明的有益效果在于：本发明与现有技术相比，在对材料的表面进行微滑动摩擦疲劳测试的同时，增设了预载荷与材料服役液体介质环境，使摩擦疲劳测试更接近于材料真实服役环境，提高了测试结果的可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的左视结构示意图；
图4为本发明的主视结构示意图；
图5为本发明的横向压电驱动模块、横纵叠堆连接模块的局部放大示意图；
图6为本发明的销柱式右夹具的局部放大示意图；
图7为本发明的连接杆的放大示意图；
图8为本发明的连接筒的放大示意图；
图9为本发明的销柱式左夹具的放大示意图；
图10为本发明的力输出杆的放大示意图；
图11为本发明的预压力传感器的放大示意图；
图12为本发明的横纵叠堆连接模块的放大示意图；
图13为本发明的密封波纹管的放大示意图；
图14为本发明的测试方法的原理图。
图中：1、横向压电驱动模块；2、横纵叠堆连接模块；3、纵向柔性铰链；4、定位滑销；5、纵向压电叠堆；6、正压力传感器；7、摩擦杆；8、试件；9、销柱式右夹具；10、连接螺母；11、预压力传感器；12、密封波纹管；13、连接杆；14、力输出杆；15、预载荷柔性铰链；16、预载荷压电叠堆；17、底板螺钉；18、预载荷发生机构安装螺钉；19、底板；20、底座；21、波纹管装配螺钉；22、介质腔体安装螺钉；23、介质腔体；24、直线滑轨；25、加热管路；26、滑轨螺钉；27、紧固螺钉；28、销柱式左夹具；29、滑块；30、叠堆支架安装螺钉；31、叠堆支架；32、横向压电驱动模块固定螺钉；33、挡块；34、挡块安装螺钉；35、紧固螺母；36、连接筒；37、位移测量挡板；38、LVDT位移传感器一；39、位移传感器安装座；40、LVDT位移传感器二；41、位移传感器安装板；101、横向柔性铰链；102、横向压电叠堆；1201、波纹管管身；1202、波纹管密封端盖；1301、连接杆螺纹端；1302、连接杆端盖。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图13所示，本发明的微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法，包括正交复合双压电驱动机构、预载荷发生机构、端密封介质腔体机构、介质加热机构、组合夹具机构、滑轨机构及底座20，所述正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接，所述滑轨机构设在底座20上，所述预载荷发生机构设在底座20上，与组合夹具机构相连接，所述组合夹具机构与端密封介质腔体机构相连接，所述介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。
所述的正交复合双压电驱动机构包括：横向压电驱动模块1、横纵叠堆连接模块2、纵向柔性铰链3、定位滑销4、纵向压电叠堆5、正压力传感器6、摩擦杆7、叠堆支架安装螺钉30、叠堆支架31、横向压电驱动模块固定螺钉32、紧固螺母35、LVDT位移传感器二40、位移传感器安装板41，所述纵向压电叠堆5安装在纵向柔性铰链3上，横向压电驱动模块1通过横纵叠堆连接模块2与纵向柔性铰链3相连接，同时纵向柔性铰链3通过定位滑销4与叠堆支架31相连接，定位滑销4保证了纵向柔性铰链3仅在定位滑销4的轴线方向运动，纵向压电叠堆5端部设有螺纹孔，正压力传感器6两端设有螺纹，正压力传感器6测量由纵向压电叠堆5所施加的载荷，同时通过外部编程来实现对纵向压电叠堆5的闭环控制，来实现特定交变载荷的输出；所述摩擦杆7一端设有螺纹，另一端设有矩形块摩擦头，所述正压力传感器6一端与纵向压电叠堆5螺纹连接，另一端通过紧固螺母35与摩擦杆7的螺纹端相连接，摩擦杆7的矩形块摩擦头与试件8相接触，通过在摩擦杆7的矩形块摩擦头表面制作各种材料的涂层来改变摩擦面之间的摩擦系数，来探讨不同摩擦系数的摩擦疲劳表现；所述纵向压电叠堆5通过电压信号的激励伸长并沿特定方向推动纵向柔性铰链3，并最终通过摩擦杆7的矩形块摩擦头将特定的交变载荷施加到试件8上，从而为摩擦接触面提供交变的正压力；所述叠堆支架31上设有矩形槽，横向压电驱动模块1设置在所述矩形槽内，并通过横向压电驱动模块固定螺钉32与叠堆支架31相连接，所述叠堆支架31通过叠堆支架安装螺钉30连接在滑块29上；所述位移传感器安装板41的侧面及顶面设有螺纹孔，中间设有通孔，所述位移传感器安装板41通过侧面的螺纹孔与叠堆支架31相连接，LVDT位移传感器二40设置在位移传感器安装板41的通孔内，并通过位移传感器安装板41顶面的螺纹孔螺栓预紧固定，所述LVDT位移传感器二40的测量端部与纵向柔性铰链3相接触，实时测量由横向压电驱动模块1驱动所产生的位移值，以便于后期的数据分析。
所述的横向压电驱动模块1包括横向柔性铰链101、横向压电叠堆102，所述横向压电叠堆102安装在横向柔性铰链101上，所述横向压电叠堆102通过电压信号激励伸长并沿设定方向推动横向柔性铰链101，从而实现位移输出，通过设定特定的激励信号可实现往复式运动，为摩擦疲劳测试提供往复式摩擦运动。
所述的预载荷发生机构包括：力输出杆14、预载荷柔性铰链15、预载荷压电叠堆16、底板螺钉17、底板19、位移测量挡板37、LVDT位移传感器一38、位移传感器安装座39，所述预载荷柔性铰链15设有平行四边形槽及螺纹孔，平行四边形槽增加预载荷柔性铰链15的柔性；所述力输出杆14的两端分别设有螺纹和端盖，力输出杆14的螺纹端与预载荷柔性铰链15上的螺纹孔相连接，所述预载荷压电叠堆16设在预载荷柔性铰链15上，预载荷压电叠堆16通过特定的电压激励伸长并推动预载荷柔性铰链15，输出特定的位移及载荷，为试件提供预载荷；所述预载荷柔性铰链15通过预载荷发生机构安装螺钉18连接在底板19上；位移测量挡板37设有螺纹孔，通过螺钉与预载荷柔性铰链15相连接，位移传感器安装座39侧面及顶面设有螺纹孔，中间开有通孔，其通过测面的螺纹孔连接到底座20上，LVDT位移传感器一38安装在位移传感器安装座39通孔内，并通过位移传感器安装座39顶面的螺纹孔进行螺栓预紧固定，所述LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触，所述LVDT位移传感器一38通过预载荷压电叠堆16的尺寸改变将变形传递给预载荷柔性铰链15，进而传递给位移测量挡板37，通过LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触，最终将位移变化传递到LVDT位移传感器一38，底板19通过底板螺钉17固定底座20上。
所述的端密封介质腔体机构包括密封波纹管12、连接筒36、波纹管装配螺钉21、介质腔体安装螺钉22、介质腔体23，所述介质腔体23的形状为长方体，其上端为开口结构，其两侧开有圆形孔；所述介质腔体23的作用是容纳摩擦疲劳试验所需的介质环境，例如各类酸碱盐溶液等，上端开口结构为正交复合双压电驱动机构通过摩擦杆7施加摩擦疲劳提供路径，圆形孔为组合夹具机构伸入介质腔体23提供路径，所述介质腔体23的圆形孔两侧分别连接密封波纹管12和连接筒36，所述密封波纹管12由波纹管管身1201、波纹管密封端盖1202构成，所述波纹管密封端盖1202直径与力输出杆14的端盖直径相等，两者通过波纹管装配螺钉21相连接，所述连接筒36两端分别设有密封端盖，所述连接筒36分别通过两侧的密封端盖与介质腔体23及挡块33相连接，所述介质腔体23通过介质腔体安装螺钉22与底座20相连接。
所述的介质加热机构由加热管路25及外部热源构成，所述加热管路25是圆柱形弯管，其具有特定构形，能够搭接在介质腔体23的内侧壁，所述加热管路25的两接口平行朝外，为外部热源提供接口，介质加热机构能够实现处于介质腔体23内的介质环境温度改变，以满足试验的要求。
所述的组合夹具机构包括销柱式右夹具9、连接螺母10、预压力传感器11、连接杆13、销柱式左夹具28，所述连接杆13由连接杆螺纹端1301和连接杆端盖1302构成，所述连接杆端盖1302直径与力输出杆14的端盖直径相等，所述连接杆13通过波纹管装配螺钉21分别与力输出杆14、密封波纹管12相连接；所述销柱式右夹具9两端分别设有销柱和螺纹，预压力传感器11两端均设有螺纹，其两侧均通过连接螺母10与连接杆螺纹端1301、销柱式右夹具9相连接；所述预压力传感器11测量试件8所承受的预载荷的大小，同时通过外部编程可实现对预载荷压电叠堆16的闭环控制，来实现特定载荷的输出；所述预压力传感器11为防水压力传感器，设置在密封波纹管12内部，来自于预载荷发生机构的力分成了两部分，一部分力提供了密封波纹管12的波纹管管身1201的变形，另一部分作用于试件8；夹具采用销柱式避免了脆性较大的测试材料在加持时出现断裂现象，所述销柱式左夹具28在一端设有端盖，端盖上设有螺纹孔，挡块33通过挡块安装螺钉34安装在底座20上，销柱式左夹具28另一端设有销柱，所述销柱式左夹具28的端盖与挡块33螺栓连接，挡块33连接固定销柱式左夹具28，同时其与连接筒36连接起到了密封的作用。
所述的滑轨机构包括直线滑轨24、滑轨螺钉26、紧固螺钉27、滑块29，所述直线滑轨24通过滑轨螺钉26连接在底座20上，所述滑块29安装在直线滑轨24上，所述滑块的侧壁设有螺纹孔，通过滑动滑块29能够使设在其上的叠堆支架31沿直线滑轨24方向移动，进而实现对需要进行滑动摩擦疲劳试验的试件目标区域的定位，通过紧固螺钉27实现滑块29在直线滑轨24上的紧固锁定。
参见图14所示，本发明的微滑动摩擦疲劳力学测试方法，在施加横向预载荷F的前提下，通过对试件施加纵向交变正压力N(t)产生接触，并通过施加横向往复驱动来提供微滑动摩擦力，试验置于液体介质环境中；
摩擦疲劳为摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象，设摩擦杆7与试件8之间的摩擦系数为μ，则微滑动摩擦力的计算公式为：
f摩＝μN(t)
其中纵向交变正压力为：
接触区域应力计算公式为：
接触区域应变计算公式为：
其中N0为初始正压力，A0为纵向交变正压力的变化幅值，ω为纵向交变正压力变化的角速度，为纵向交变正压力的初始相位角，Δl为试件在纵向交变正压力N(t)作用下的试件变形量，l0为试件在沿受力方向的原始尺寸值，A为接触面积值；
根据上述计算公式，可得出在横向预载荷F作用下的应力应变(σ-ε)曲线，根据应力-应变(σ-ε)曲线来对摩擦疲劳力学性能进行分析，并记录出现疲劳时的横向往复驱动次数n；通过设置不同横向预载荷F、相同纵向交变正压力N(t)，可以得出在特定N(t)作用下的不同预载荷-摩擦疲劳寿命(F-n)曲线；通过设置相同横向预载荷F；不同纵向交变正压力N(t)，可以得出在特定横向预载荷F作用下的不同纵向交变正压力-摩擦疲劳寿命(N-n)曲线，从多方面、多角度对材料的微滑动摩擦疲劳力学性能进行分析研究。
实施例：
与上述相比不同之处在于：所述的横向压电叠堆102、纵向压电叠堆5均不输入激励电压，仅对预载荷压电叠堆16输入激励电压信号，则可适用于考察材料在不同液体介质环境中的应力腐蚀情况。应力腐蚀的评价指标主要有：应力腐蚀断裂的时间、抗拉强度、断面收缩率、延伸率、应力强度因子。通过不加液体介质环境时的试验指标与设置液体介质环境所得试验指标的对比，可以探究不同液体介质环境对材料的应力腐蚀情况。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：包括正交复合双压电驱动机构、预载荷发生机构、端密封介质腔体机构、介质加热机构、组合夹具机构、滑轨机构及底座（20），所述正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接，所述滑轨机构设在底座（20）上，所述预载荷发生机构设在底座（20）上，与组合夹具机构相连接，所述组合夹具机构与端密封介质腔体机构相连接，所述介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。
2.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的正交复合双压电驱动机构包括：横向压电驱动模块（1）、横纵叠堆连接模块（2）、纵向柔性铰链（3）、定位滑销（4）、纵向压电叠堆（5）、正压力传感器（6）、摩擦杆（7）、叠堆支架安装螺钉（30）、叠堆支架（31）、横向压电驱动模块固定螺钉（32）、紧固螺母（35）、 LVDT位移传感器二（40）、位移传感器安装板（41），所述纵向压电叠堆（5）安装在纵向柔性铰链（3）上，横向压电驱动模块（1）通过横纵叠堆连接模块（2）与纵向柔性铰链（3）相连接，同时纵向柔性铰链（3）通过定位滑销（4）与叠堆支架（31）相连接，定位滑销（4）保证了纵向柔性铰链（3）仅在定位滑销（4）的轴线方向运动，纵向压电叠堆（5）端部设有螺纹孔，正压力传感器（6）两端设有螺纹，正压力传感器（6）测量由纵向压电叠堆（5）所施加的载荷，同时实现对纵向压电叠堆（5）的闭环控制，来实现特定交变载荷的输出；所述摩擦杆（7）一端设有螺纹，另一端设有矩形块摩擦头，所述正压力传感器（6）一端与纵向压电叠堆（5）螺纹连接，另一端通过紧固螺母（35）与摩擦杆（7）的螺纹端相连接，摩擦杆（7）的矩形块摩擦头与试件（8）相接触；所述叠堆支架（31）上设有矩形槽，横向压电驱动模块（1）设置在所述矩形槽内，并通过横向压电驱动模块固定螺钉（32）与叠堆支架（31）相连接，所述叠堆支架（31）通过叠堆支架安装螺钉（30）连接在滑块（29）上；所述位移传感器安装板（41）的侧面及顶面设有螺纹孔，中间设有通孔，所述位移传感器安装板（41）通过侧面的螺纹孔与叠堆支架（31）相连接，LVDT位移传感器二（40）设置在位移传感器安装板（41）的通孔内，并通过位移传感器安装板（41）顶面的螺纹孔螺栓预紧固定，所述LVDT位移传感器二（40）的测量端部与纵向柔性铰链（3）相接触。
3.根据权利要求2所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的横向压电驱动模块（1）包括横向柔性铰链（101）、横向压电叠堆（102），所述横向压电叠堆（102）安装在横向柔性铰链（101）上，所述横向压电叠堆（102）通过电压信号激励伸长并沿设定方向推动横向柔性铰链（101），从而实现位移输出，通过设定的激励信号可实现往复式运动，为摩擦疲劳测试提供往复式摩擦运动。
4.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的预载荷发生机构包括：力输出杆（14）、预载荷柔性铰链（15）、预载荷压电叠堆（16）、底板螺钉（17）、底板（19）、位移测量挡板（37）、LVDT位移传感器一（38）、位移传感器安装座（39），所述预载荷柔性铰链（15）设有平行四边形槽及螺纹孔，所述力输出杆（14）的两端分别设有螺纹和端盖，力输出杆（14）的螺纹端与预载荷柔性铰链（15）上的螺纹孔相连接，所述预载荷压电叠堆（16）设在预载荷柔性铰链（15）上，所述预载荷柔性铰链（15）通过预载荷发生机构安装螺钉（18）连接在底板（19）上；位移测量挡板（37）设有螺纹孔，通过螺钉与预载荷柔性铰链（15）相连接，位移传感器安装座（39）侧面及顶面设有螺纹孔，中间开有通孔，其通过测面的螺纹孔连接到底座（20）上，LVDT位移传感器一（38）安装在位移传感器安装座（39）通孔内，并通过位移传感器安装座（39）顶面的螺纹孔进行螺栓预紧固定，所述LVDT位移传感器一（38）的端部与位移测量挡板（37）相接触，所述LVDT位移传感器一（38）通过预载荷压电叠堆（16）的尺寸改变将变形传递给预载荷柔性铰链（15），进而传递给位移测量挡板（37），通过LVDT位移传感器一（38）的端部与位移测量挡板（37）相接触，最终将位移变化传递到LVDT位移传感器一（38），底板（19）通过底板螺钉（17）固定底座（20）上。
5.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的端密封介质腔体机构包括密封波纹管（12）、连接筒（36）、波纹管装配螺钉（21）、介质腔体安装螺钉（22）、介质腔体（23），所述介质腔体（23）的形状为长方体，其上端为开口结构，其两侧开有圆形孔；所述介质腔体（23）的圆形孔两侧分别连接密封波纹管（12）和连接筒（36），所述密封波纹管（12）由波纹管管身（1201）、波纹管密封端盖（1202）构成，所述波纹管密封端盖（1202）直径与力输出杆（14）的端盖直径相等，两者通过波纹管装配螺钉（21）相连接，所述连接筒（36）两端分别设有密封端盖，所述连接筒（36）分别通过两侧的密封端盖与介质腔体（23）及挡块（33）相连接，所述介质腔体（23）通过介质腔体安装螺钉（22）与底座（20）相连接。
6.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的介质加热机构由加热管路（25）及外部热源构成，所述加热管路（25）是圆柱形弯管，搭接在介质腔体（23）的内侧壁，所述加热管路（25）的两接口平行朝外。
7.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的组合夹具机构包括销柱式右夹具（9）、连接螺母（10）、预压力传感器（11）、连接杆（13）、销柱式左夹具（28），所述连接杆（13）由连接杆螺纹端（1301）和连接杆端盖（1302）构成，所述连接杆端盖（1302）直径与力输出杆（14）的端盖直径相等，所述连接杆（13）通过波纹管装配螺钉（21）分别与力输出杆（14）、密封波纹管（12）相连接；所述销柱式右夹具（9）两端分别设有销柱和螺纹，预压力传感器（11）两端均设有螺纹，其两侧均通过连接螺母（10）与连接杆螺纹端（1301）、销柱式右夹具（9）相连接；所述预压力传感器（11）测量试件（8）所承受的预载荷的大小，同时对预载荷压电叠堆（16）的闭环控制，来实现特定载荷的输出；所述预压力传感器（11）为防水压力传感器，设置在密封波纹管（12）内部，所述销柱式左夹具（28）在一端设有端盖，端盖上设有螺纹孔，挡块（33）通过挡块安装螺钉（34）安装在底座（20）上，销柱式左夹具（28）另一端设有销柱，所述销柱式左夹具（28）的端盖与挡块（33）螺栓连接，挡块（33）连接固定销柱式左夹具（28），同时与连接筒（36）连接起到了密封的作用。
8.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置，其特征在于：所述的滑轨机构包括直线滑轨（24）、滑轨螺钉（26）、紧固螺钉（27）、滑块（29），所述直线滑轨（24）通过滑轨螺钉（26）连接在底座（20）上，所述滑块（29）安装在直线滑轨（24）上，所述滑块的侧壁设有螺纹孔，通过滑动滑块（29）能够使设在其上的叠堆支架（31）沿直线滑轨（24）方向移动，进而实现对需要进行滑动摩擦疲劳试验的试件目标区域的定位，通过紧固螺钉（27）实现滑块（29）在直线滑轨（24）上的紧固锁定。
9.一种微滑动摩擦疲劳力学测试方法，其特征在于：在施加横向预载荷的前提下，通过对试件施加纵向交变正压力产生接触，并通过施加横向往复驱动来提供微滑动摩擦力，试验置于液体介质环境中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611183165.2A CN106769567B (zh) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611183165.2A CN106769567B (zh) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106769567A true CN106769567A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106769567B CN106769567B (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=58889438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611183165.2A Active CN106769567B (zh) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106769567B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110160904A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-23 | 安徽理工大学 | 一种基于柔性铰链的复合式摩擦磨损试验机 |
| CN110160906A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-23 | 安徽理工大学 | 一种自带润滑和复合力加载系统的往复式摩擦磨损试验机 |
| CN114002064A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-01 | 重庆邮电大学 | 一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪 |
| CN116819051A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-09-29 | 安徽智质工程技术有限公司 | 一种水泥安定性检验装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101216391A (zh) * | 2008-01-08 | 2008-07-09 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 卤水流场侵蚀条件下的岩石力学试验加载装置 |
| CN102252924A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-11-23 | 吉林大学 | 基于双位移检测的微纳米尺度原位压痕测试装置 |
| CN103353431A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-10-16 | 吉林大学 | 基于拉压、疲劳复合载荷模式下的原位压痕力学测试装置 |
| CN103454165A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-18 | 北京航空航天大学 | 一种高/低温环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统 |
| CN104502202A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 吉林大学 | 服役温度下材料双轴静动态性能在线测试平台 |
| CN104634656A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-05-20 | 南京理工大学 | 复合材料单轴拉伸实验夹具 |
| CN205120490U (zh) * | 2015-10-14 | 2016-03-30 | 青海省交通科学研究院 | 土工类试件拉伸试验加载夹具 |
| CN205483791U (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-17 | 南京优耐特精密机械制造有限公司 | 一种拉伸夹具稳定装置 |
| CN105973694A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-09-28 | 长春工业大学 | 拉伸-四点弯曲预载荷下纳米压痕测试装置 |
| CN206330848U (zh) * | 2016-12-20 | 2017-07-14 | 吉林大学 | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置 |
-
2016
- 2016-12-20 CN CN201611183165.2A patent/CN106769567B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101216391A (zh) * | 2008-01-08 | 2008-07-09 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 卤水流场侵蚀条件下的岩石力学试验加载装置 |
| CN102252924A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-11-23 | 吉林大学 | 基于双位移检测的微纳米尺度原位压痕测试装置 |
| CN103353431A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-10-16 | 吉林大学 | 基于拉压、疲劳复合载荷模式下的原位压痕力学测试装置 |
| CN103454165A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-18 | 北京航空航天大学 | 一种高/低温环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统 |
| CN104502202A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 吉林大学 | 服役温度下材料双轴静动态性能在线测试平台 |
| CN104634656A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-05-20 | 南京理工大学 | 复合材料单轴拉伸实验夹具 |
| CN205120490U (zh) * | 2015-10-14 | 2016-03-30 | 青海省交通科学研究院 | 土工类试件拉伸试验加载夹具 |
| CN205483791U (zh) * | 2016-03-29 | 2016-08-17 | 南京优耐特精密机械制造有限公司 | 一种拉伸夹具稳定装置 |
| CN105973694A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-09-28 | 长春工业大学 | 拉伸-四点弯曲预载荷下纳米压痕测试装置 |
| CN206330848U (zh) * | 2016-12-20 | 2017-07-14 | 吉林大学 | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 吕文波: ""基于非局部摩擦的钢丝滚道球轴承接触仿真与实验研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》, pages 029 - 88 * |
| 张晓宇 等: ""300 ℃氮气中交变载荷条件下 Inconel 690合金的微动磨损特性"", 《中国有色金属学报》, pages 544 - 550 * |
| 李磊: ""微动摩擦磨损的试验机研制及试验研究"", pages 6 - 7 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110160904A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-23 | 安徽理工大学 | 一种基于柔性铰链的复合式摩擦磨损试验机 |
| CN110160906A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-08-23 | 安徽理工大学 | 一种自带润滑和复合力加载系统的往复式摩擦磨损试验机 |
| CN110160906B (zh) * | 2019-06-24 | 2024-03-22 | 安徽理工大学 | 一种自带润滑和复合力加载系统的往复式摩擦磨损试验机 |
| CN114002064A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-01 | 重庆邮电大学 | 一种基于多介质的可采拆卸夹具的双轴拉伸仪 |
| CN116819051A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-09-29 | 安徽智质工程技术有限公司 | 一种水泥安定性检验装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106769567B (zh) | 2024-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106769567A (zh) | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法 | |
| Giurgiutiu et al. | Embedded self-sensing piezoelectric active sensors for on-line structural identification | |
| CN101050986A (zh) | 一种测量轴承摩擦力矩的测试装置 | |
| CN101852684B (zh) | 一种静压气浮轴承的性能检测装置 | |
| CN202305330U (zh) | 基于拉伸/压缩模式的扫描电镜下原位高频疲劳材料力学测试平台 | |
| CN203551383U (zh) | 多载荷多物理场耦合材料微观力学性能原位测试仪器 | |
| US9689784B2 (en) | Device and method of characterization of the elastic properties of a friction material | |
| CN105466792B (zh) | 一种可移动式海洋工程柔顺性管缆扭转测试装置 | |
| CN206330848U (zh) | 微滑动摩擦疲劳力学测试装置 | |
| US9709532B2 (en) | Pipeline inspection device and pipeline inspection system | |
| CN109507058A (zh) | 一种往复式微动磨损试验机 | |
| CN108535129A (zh) | 显微组件下大行程低温漂的低温微纳米压痕测试系统 | |
| CN102620924B (zh) | 配气机构气门弹簧动态刚度测量装置及方法 | |
| CN110792656B (zh) | 一种液压缸测试装置 | |
| CN104181032A (zh) | 一种拉扭耦合刚度测试装置 | |
| CN111077010A (zh) | 一种利于对中的液压缸测试试验台 | |
| CN108593473B (zh) | 一种恒温恒湿环境耐磨试验箱 | |
| US9377393B2 (en) | Method for eliminating horizontal offset of traction testing device and traction testing device thereof | |
| CN105954131B (zh) | 测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置及试验方法 | |
| CN106092874A (zh) | 一种测量装置 | |
| CN203037460U (zh) | 一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构 | |
| CN103528889B (zh) | 一种基于尺蠖型压电驱动器的原位拉伸实验仪 | |
| Li et al. | Measuring friction at an interface using ultrasonic response | |
| Pak et al. | Closed-form solution for a coated circular inclusion under uniaxial tension | |
| CN103615990A (zh) | 干涉物镜驱动装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |