CN110174320B - 一种多功能多轴微动疲劳试验装置 - Google Patents

一种多功能多轴微动疲劳试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110174320B
CN110174320B CN201910220477.3A CN201910220477A CN110174320B CN 110174320 B CN110174320 B CN 110174320B CN 201910220477 A CN201910220477 A CN 201910220477A CN 110174320 B CN110174320 B CN 110174320B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
support
outer frame
motion
fatigue
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.)
Active
Application number
CN201910220477.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110174320A (zh
Inventor
焦黎
顾慧卿
冯吕晨
王西彬
刘志兵
陈仕齐
颜培
梁志强
解丽静
周天丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201910220477.3A priority Critical patent/CN110174320B/zh
Publication of CN110174320A publication Critical patent/CN110174320A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110174320B publication Critical patent/CN110174320B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
    • 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
    • G01N3/26—Investigating twisting or coiling properties
    • 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
    • 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
    • G01N2203/0026—Combination of several types of applied forces
    • 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)
  • 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

本发明涉及一种机械装置，具体涉及一种多功能多轴微动疲劳试验装置，本发明包括内框部件、外框部件、微动疲劳部件、支座部件、下支架部件和疲劳试件，所述内框部件设置在外框部件内，所述下支架部件沿轴向设置在内框部件的下端，所述微动疲劳部件设置在下支架部件上，所述支座部件同时设置在内框部件和外框部件左右两端，本发明具有广泛的适配性，基于现有普通疲劳试验机为平台，直接加装本装置即可进行微动疲劳或普通多点弯曲疲劳试验，极大的节省了专用疲劳试验设备的成本；本发明采用框架结构互相配合，既能保证足够的刚度又能使结构紧凑，节约空间，确保循环加载中装置的稳定性和精度，进而保证试验结果的准确性。

Description

一种多功能多轴微动疲劳试验装置
技术领域
本发明涉及一种机械装置，用于测试材料的疲劳寿命，具体涉及一种多功能多轴微动疲劳试验装置。
背景技术
现代工业或生物医学应用中的机械连接结构件，在随机循环载荷作用下相互连接的构件之间容易产生复杂的几十微米量级的微小相对运动，由此产生的微动疲劳损伤会导致疲劳裂纹过早成核，使得构件的疲劳寿命低于普通疲劳寿命(即无微动的常规疲劳)，这是相互接触的零部件发生疲劳断裂失效的重要原因，严重降低构件的服役寿命。
微动疲劳中发生的微小相对运动情形十分复杂，影响微动疲劳的因素很多(据公开文献显示至少有50多个影响因素，详见Dobromirski J:Variables of FrettingProcess:Are There 50 of Them？,Attia M,Waterhouse R,editor,Standardization ofFretting Fatigue Test Methods and Equipment,100 Barr Harbor Drive,PO BoxC700,West Conshohocken,PA 19428-2959:ASTM International,1992:60-66.)，使得对微动疲劳问题的研究面临诸多困难。其中，缺少能较为接近地模拟构件服役过程中的连接方式和所承受的实际载荷的试验台架和试验装置就是主要原因之一。专利CN103900916A中揭示了一种拉弯扭多轴加载疲劳试验机，将拉伸组件、弯曲组件和扭转组件结合在一起，实现拉弯扭多轴疲劳试验；专利CN103471843A揭示了一种拉弯多轴疲劳试验机构，对试样施加轴向拉伸载荷的同时，用激振器对式样施加弯曲振动载荷，实现拉弯载荷的加载，同样该结构只能进行拉弯载荷下的普通疲劳试验；专利US6718833B2揭示了一种高频疲劳试验机，但分别采用三个独立的驱动器产生拉弯扭载荷；专利CN104297046A中揭示一种针对钢丝的多轴微动疲劳试验装置，能够开展拉-拉疲劳、扭转和变交叉角摆动等复合运动模式下钢丝的多轴微动疲劳实验。
上述已公开专利揭示的现有技术存在的不足有：①针对刚性结构件，大多只能进行普通的多轴疲劳试验，并未涉及微动疲劳问题；②采用独立施加载荷方式实现多轴载荷模拟，难以复现真实构件服役过程中产生的随机载荷；③为实现多轴微动，需设计专用微动疲劳试验机，用途单一，成本高；④大多数研究微动疲劳中扭转载荷的加载，是针对球-平面模型展开的，而在实际工程应用中柱-柱配合接触的应用情形更为广泛；⑤为了实现微动疲劳中扭转载荷的加载，要么需要单独配置一台旋转电机作为驱动源，要么需要设置配重块和缆绳，使得试验装置体积庞大，不够紧凑；⑥对于单独配置扭转驱动源的情形而言，施加的扭转载荷通常都较大，并不能很好的表征微小运动载荷。这些不足给实际工件疲劳测试带来诸多不便，需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种多功能多轴微动疲劳试验装置，利用普通疲劳试验机的激振器，通过本发明提出的装置，实现弯曲-微扭耦合载荷加载下构件的微动，模拟构件在服役环境中的受载问题；此外，采用模块化多组件设计，拆除微动疲劳部件后，该装置同样能用于普通多点弯曲疲劳试验，实现装置的多功能多用途应用。
为解决以上技术问题，本发明采用如下的技术方案：
本发明包括内框部件、外框部件、支座部件、下支架部件和疲劳试件，所述内框部件设置在外框部件内，所述下支架部件沿轴向设置在内框部件的下端，所述支座部件同时设置在内框部件和外框部件左右两端；其特征在于还包括微动疲劳部件，所述微动疲劳部件设置在下支架部件上，所述支座部件与微动疲劳部件的水平中心轴线重合，所述疲劳试件轴线与支座部件和微动疲劳部件的水平中心轴线重合，并同时设置在微动疲劳部件与支座部件内；所述微动疲劳部件包括设有槽孔的上微动座、微动块、弯曲应变片、微动块应变片、施力应变片、下施力螺钉、下施力螺母、下微动座弹簧、上微动座弹簧、上施力螺母、上施力螺钉、微扭应变片和下微动座；所述上微动座和下微动座两端对称设有安装槽，所述上微动座和下微动座的安装槽背面分别设有贯通的槽孔，所述上施力螺母和下施力螺母同轴焊接在槽孔外侧；所述微动块成组设置在上微动座和下微动座之间，所述微动块分别设置在安装槽中，所述微动块中的上微动块中水平设有微动块应变片，所述微动块中的下微动块中纵向设有施力应变片，所述弯曲应变片和微扭应变片设置在疲劳试件上，所述上微动座弹簧和上施力螺钉穿过安装槽设置在上微动座上，所述下微动座弹簧和下施力螺钉穿过安装槽设置在下微动座上；所述上微动座和下微动座前侧面分别对称设有通孔，所述上微动座和下微动座通过微动连杆、连接螺钉和螺母连接。
进一步地，所述支座部件包括两组弯曲端支座、两组扭转端支座、L形支座、滚针轴承、U形框、弹性柱、紧固螺母和紧固螺钉；所述弯曲端支座横截面为长方形，所述弯曲端支座下端设有通孔；所述L形支座竖直分支上设有一个通孔，水平分支的底面上设有两个盲孔；L形支座的通孔中设置有一个支座销钉；所述滚针轴承逐一套接安装在支座销钉上；所述U形框通过其上下两端的滚针轴承分别设置在弯曲端支座和扭转端支座内；所述弹性柱设于疲劳试件和扭转端支座内侧的凸台之间，所述紧固螺钉穿过紧固螺母设置于L形支座的盲孔内。
进一步地，所述内框部件包括内框前板、上支座、设有第一销孔的内框后板和内框连杆和连接螺钉；所述上支座侧面设有螺纹孔，所述内框前板、上支座和内框后板的上端通过螺钉依次连接；所述内框连杆设置在内框前板和内框后板的下端，并通过螺钉连接；所述外框部件包括外框前板、设有侧孔的外框上连杆、设有第二销孔的外框后板、外框下连杆和连接螺钉；所述外框前板和外框后板上端通过外框上连杆连接，并利用螺钉固定；所述外框前板和外框后板下端通过外框下连杆连接，并利用螺钉固定。
进一步地，所述下支架部件包括下支架、第二螺栓螺母组和下支座，所述下支架为两端叉形构件，并设有通孔，所述下支架一端通过第一螺栓螺母组与微动疲劳部件连接，所述下支架另一端通过第二螺栓螺母组与下支座连接。
进一步地，所述内框部件设置在外框部件内，所述内框部件和外框部件通过外框上连杆侧孔连接。
进一步地，所述微动疲劳部件的下微动座的下微动块安装槽深大于上微动座的上微动块安装槽深。
进一步地，建立加载计算模型，确定试验过程中产生的微扭参数并记录；其中微扭矩为：
Figure GDA0002592044590000041
式(一)中，d为弹性柱与疲劳试件接触区域中心到试件轴线的距离，P为弯曲加载载荷，r0为弹性棒截面圆直径，v1为弹性柱的泊松比，v2为疲劳试件的泊松比，E1为弹性柱的弹性模量，E2为疲劳试件的弹性模量；
疲劳试件产生的微扭转角度为：
Figure GDA0002592044590000042
式(二)中，It为抗扭惯性矩，其数值为
Figure GDA0002592044590000043
G为疲劳试件的剪切模量；
由弯曲加载载荷计算得到疲劳试件两端的挠度值后，根据计算结果数值与弯曲应变片、微动块应变片、施力应变片、微扭应变片的检测结果进行比对，控制试验装置按照挠度加载，挠度计算公式为：
Figure GDA0002592044590000044
式(三)中，l为两微动块之间沿试件轴线方向的距离，k为试件扭转端到左侧微动块之间的距离，I为截面的轴惯性矩。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明具有广泛的适配性，基于现有普通疲劳试验机为平台，直接加装本装置即可进行微动疲劳或普通多点弯曲疲劳试验，极大的节省了专用疲劳试验设备的成本；本发明采用框架结构互相配合，既能保证足够的刚度又能使结构紧凑，节约空间，确保循环加载中装置的稳定性和精度，进而保证试验结果的准确性；本发明内外框部件之间采用嵌合式结构且预留相应的运动间隙，通过简单调整，两者既可以同时同向运动，也能对向运动，以实现不同的运动加载方式；本发明的微动支座设有小凸台，能将垂直方向运动产生的接触力通过弹性柱传递为样件切向方向的载荷，使样件产生微扭动，以复现构件服役环境中的受载情况；本发明试验样件由多组滚针轴承卡合夹紧，在保证夹紧的同时，又能利用轴承的转动，避免多轴载荷加载中机构抱死；本发明微动疲劳部件对称布置，通过一次试验加载过程获得不同的微动块接触与样件接触部位产生的微动疲劳现象，且微动法向力能够独立调整，以满足不同的加载要求；本发明通过设置多组不同部位的检测应变片，能实时输出并记录试验过程中循环载荷作用下疲劳试件和微动块的应变状态，用于研究试件的微动疲劳机理和综合评估构件的疲劳寿命，为构件的抗疲劳制造技术提供理论和试验支持；本发明通过数学模型，将计算得到的微扭矩载荷和由弯曲载荷计算得到的试件两端的挠度值作为试验控制系统的输入信号，根据计算结果数值和应变片检测的结果返回至控制系统中比对后，作为反馈控制信号，更好的控制试验装置按照载荷或挠度(位移)加载。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置与普通疲劳试验机的安装示意图；
图2为本发明装置的总体图；
图3为本发明装置的总体爆炸图；
图4为本发明装置的总体半剖视图；
图5为本发明装置的内框部件结构示意图；
图6为本发明装置的外框部件结构示意图；
图7为本发明装置的微动疲劳部件结构示意图；
图8为本发明装置的支座部件结构示意图；
图9为本发明装置的支座部件侧视剖视图；
在图中：A普通疲劳试验机、B本发明装置、C运动方向、A1上夹头、A2下夹头、m内外框侧间隙宽度、n内外框下间隙宽度、p上微动块安装槽深、q下微动块安装槽深、1内框部件、2外框部件、3微动疲劳部件、4支座部件、5下支架部件、6疲劳试件、7弯曲应变片、8微动块应变片、9施力应变片、10微扭应变片、35第一螺栓螺母组、101内框前板、102上支座、103内框后板、103a第一销孔、104内框连杆、201外框前板、202外框上连杆、202a侧孔、203外框后板、203a第二销孔、204外框下连杆、301上微动座、301a槽孔、302微动块、303微动连杆、304连接螺钉、305下微动座、305a安装槽、306下施力螺钉、307下施力螺母、308下微动座弹簧、309螺母、310上微动座弹簧、311上施力螺母、312上施力螺钉、401弯曲端支座、401a第一前孔、402扭转端支座、402a第二前孔、402b第三销孔、402c后孔、403L形支座、404滚针轴承、405U形框、406弹性柱、407紧固螺母、408紧固螺钉、501下支架、502第二螺栓螺母组、503下支座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明装置部分B直接安装于普通疲劳试验机A的两个上下夹头A1和A2之间，C表示本发明装置可能的运动方向。
如图2-9所示，多功能多轴微动疲劳试验装置由内框部件1、外框部件2、微动疲劳部件3、支座部件4、下支架部件5、疲劳试件6、弯曲应变片7、微动块应变片8、施力应变片9、微扭应变片10、内框前板101、上支座102、内框后板103、内框连杆104、外框前板201、外框上连杆202、外框后板203、外框下连杆204、上微动座301、微动块302、微动连杆303、连接螺钉304、下微动座305、下施力螺钉306、下施力螺母307、下微动座弹簧308、螺母309、上微动座弹簧310、上施力螺母311、上施力螺钉312、弯曲端支座401、扭转端支座402、L形支座403、滚针轴承404、U形框405、弹性柱406、紧固螺母407、紧固螺钉408、下支架501、螺栓螺母组502、下支座503，以及若干螺钉和销钉构成。所述内框部件1设置在外框部件2内，所述下支架部件5沿轴向设置在内框部件1的下端，所述微动疲劳部件3设置在下支架部件5上，所述支座部件4同时设置在内框部件1和外框部件2左右两端，所述支座部件4与微动疲劳部件3的水平中心轴线重合，所述疲劳试件6轴线与支座部件4和微动疲劳部件3的水平中心轴线重合，并同时设置在微动疲劳部件3与支座部件4内。
如图5-6所示，所述内框部件1包括内框前板101、上支座102、内框后板103、内框连杆104和连接螺钉，所述内框前板101为外周开有多个沉头螺纹孔的方框构件；所述上支座102为T形构件，T形构件的底座为底面开有方孔，外周侧面开有多个螺纹孔的结构；所述内框后板103为外周开有多个沉头螺纹孔的方框构件，在中间位置设有两个第一销孔103a；所述内框连杆104为沿轴线方向设有螺纹孔的杆状构件；所述内框前板101和内框后板103通过螺钉与上支座102和内框连杆104相连接；所述内框前板101通过螺钉和销钉与支座部件4实现安装；所述上支座102通过螺钉与外框部件2实现安装；所述上支座102的上部自由端为普通疲劳试验机A的上夹头A1的夹持部位。所述外框部件2包括外框前板201、外框上连杆202、外框后板203、外框下连杆204和连接螺钉，所述外框前板201为外周开有多个沉头螺纹孔的U形构件；所述外框上连杆202为两端开有螺纹孔的杆状构件，在其中两个侧面上开有沉头螺纹通孔；所述外框后板203为外周开有多个沉头螺纹孔的U形构件，U形构件的两个分支中间位置开有第二销孔203a；所述外框下连杆204为两侧开有螺纹孔的方框构件；所述外框前板201和外框后板203通过其上部位置开设的两个螺纹孔和下部位置开设的四个螺纹孔，分别使用连接螺钉与所述外框上连杆202和外框下连杆204相连接；所述外框前板201中部的四个螺纹孔、外框后板203中部的两个螺纹孔和两个销孔，分别通过连接螺钉和销钉与支座部件4实现安装；如图4所示，所述内框部件1的左右两个外侧面与外框部件2的左右两个内侧面的间距为m，内框部件1的下底面与外框部件2的内侧底面间距为n，且n＞m＞0，以保证载荷加载过程中不出现结构干涉，并有足够的相对位移空间。
如图4和7所示，所述微动疲劳部件3包括上微动座301、微动块302、微动连杆303、连接螺钉304、下微动座305、弯曲应变片7、微动块应变片8、施力应变片9、微扭应变片10、下施力螺钉306、下施力螺母307、下微动座弹簧308、螺母309、上微动座弹簧310、上施力螺母311和上施力螺钉312；所述上微动支座301上表面开有槽孔301a，所述槽孔301a位置的外侧同轴焊接两个上施力螺母311，上微动座弹簧310置于槽孔301a中，所述槽孔301a下方设有安装槽305a，贯通到上微动支座301的下表面，槽深为p，所述上微动支座301侧面开有两个通孔；所述微动块302为一侧开有圆弧形槽的块状构件；所述微动连杆303为侧面开有两个通孔的扁平杆状结构；所述下微动座305有上座和下板两部分，上座设计以及下施力螺钉306、下施力螺母307、下微动座弹簧308的安装方式与所述上微动座301相同，微动槽深为q，且q大于p，下板侧面开有两个通孔；所述上微动座301和下微动座305分别通过侧面的两个通孔，使用连接螺钉304穿过所述微动连杆303对应位置通孔与螺母309相连接；所述微动块302分别置于所述上微动座301和下微动座305的安装槽305a内，并通过施力螺钉压缩弹簧提供压紧力；通过使用第一螺栓螺母组35实现所述下微动座305和下支架部件5的安装；所述微动块302中的上微动块中水平设有微动块应变片8，所述微动块302中的下微动块中纵向设有施力应变片9，所述弯曲应变片7和微扭应变片10设置在疲劳试件6上。
如图8、9所示，所述支座部件4包括两组弯曲端支座401、两组扭转端支座402、L形支座403、滚针轴承404、U形框405、弹性柱406、紧固螺母407和紧固螺钉408；所述弯曲端支座401与所述扭转端支座402外侧结构相同，为方框构件，方框下部分别开有两个通孔，通孔外侧同轴焊接有紧固螺母407，靠近内外框前板的一侧设有两个螺纹孔401a，分别使用连接螺钉与所述内框前板101和外框前板201相连接，与之相对的侧面分别开有一个螺纹孔402c和一个销孔402b，分别使用螺钉和销钉与所述内框后板103和外框后板203相连接，实现所述支座部件4与内框部件1和外框部件2的安装，在方框内部开有销孔的位置设有凸台结构；所述扭转端支座402的内部在开有两个第二前孔402a的一侧的中部位置还分别设有两个小凸台；所述L形支座403为L形构件，L形构件的一个分支上开有一个通孔，另一分支上开有两个盲孔；所述滚针轴承405分别逐一套接同轴安装于销钉上；所述U形框405通过其上下两侧的滚针轴承404压合在所述弯曲端支座401和扭转端支座402内侧方框中；所述弹性柱406置于疲劳试件6与所述扭转端支座402内侧的凸台之间；所述紧固螺钉408穿过紧固螺母407并顶入L形支座403的盲孔中。
如图4所示，所述下支架部件5包括下支架501、第二螺栓螺母组502和下支座503；所述下支架501为两端叉形构件，通过使用第一螺栓螺母组35与所述微动疲劳部件3连接；所述下支座503的上部板状结构上开有两个通孔，通过使用第二螺栓螺母组502与所述下支架501相连接；所述下支座503的下部自由端为普通疲劳试验机A的下夹头A2的夹持部位。
试验测量部分由弯曲应变片7、微动块应变片8、施力应变片9、微扭应变片10和数据处理模块构成，弯曲应变片7沿疲劳试件6的轴线方向粘贴于试件外表面靠弯曲端支座一侧，并紧邻微动块302，用于检测疲劳试件6在弯曲载荷下的应变状态；所述微动块应变片8横向粘贴于微动块302外侧面，用于检测疲劳循环载荷过程中微动块302的应变状态，以及检测微动疲劳裂纹的产生；所述施力应变片9纵向粘贴于微动块的外侧面，用于检测在施力螺钉和弹簧加载于微动块上的法向载荷作用下微动块的应变状态；所述微扭应变片10共两个，呈45°对称粘贴于疲劳试件6的外表面靠扭转端支座402一侧，用于检测微扭矩作用下疲劳试件6的应变状态变化；各个应变片通过信号传输线连接至数据采集卡，由采集卡将数据传输至控制计算机，并作为反馈控制信号，更好的控制试验装置按照载荷或挠度(位移)加载。
基于上述装置，建立计算模型，确定试验过程中产生的微扭矩数值为：
Figure GDA0002592044590000101
式(一)中，d为弹性柱406与疲劳试件6接触区域中心到试件轴线的距离，P为弯曲加载载荷，r0为弹性棒截面圆直径，v1为弹性柱406的泊松比，v2为疲劳试件6的泊松比，E1为弹性柱406的弹性模量，E2为疲劳试件6的弹性模量。由于弹性柱406的弹性模量E1很小，因此由式(一)所得的扭矩数值也较小，能较理想的反应构件受载情形下的微扭矩载荷。
在式(一)所得的微扭矩的作用下，疲劳试件6产生的微扭转角度为试件产生的微扭转角度为：
Figure GDA0002592044590000102
式(二)中，It为抗扭惯性矩，其数值为
Figure GDA0002592044590000103
G为疲劳试件6的剪切模量。
由弯曲加载载荷计算得到疲劳试件6两端的挠度值后，根据计算结果数值与弯曲应变片7、微动块应变片8、施力应变片9、微扭应变片10的检测结果进行比对，控制试验装置按照挠度加载，挠度计算公式为：
Figure GDA0002592044590000104
式(三)中，l为两微动块之间沿试件轴线方向的距离，k为试件扭转端到左侧微动块之间的距离，I为截面的轴惯性矩。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能多轴微动疲劳试验装置，包括：内框部件(1)、外框部件(2)、支座部件(4)、下支架部件(5)和疲劳试件(6)，所述内框部件(1)设置在外框部件(2)内，所述下支架部件(5)沿轴向设置在内框部件(1)的下端，所述支座部件(4)同时设置在内框部件(1)和外框部件(2)左右两端；
其特征在于还包括微动疲劳部件(3)，所述微动疲劳部件(3)设置在下支架部件(5)上，所述支座部件(4)与微动疲劳部件(3)的水平中心轴线重合，所述疲劳试件(6)轴线与支座部件(4)和微动疲劳部件(3)的水平中心轴线重合，并同时设置在微动疲劳部件(3)与支座部件(4)内；所述微动疲劳部件(3)包括设有槽孔(301a)的上微动座(301)、微动块(302)、弯曲应变片(7)、微动块应变片(8)、施力应变片(9)、下施力螺钉(306)、下施力螺母(307)、下微动座弹簧(308)、上微动座弹簧(310)、上施力螺母(311)、上施力螺钉(312)、微扭应变片(10)和下微动座(305)；所述上微动座(301)和下微动座(305)两端对称设有安装槽(305a)，所述上微动座(301)和下微动座(305)的安装槽(305a)背面分别设有贯通的槽孔(301a)，所述上施力螺母(311)和下施力螺母(307)同轴焊接在槽孔(301a)外侧；所述微动块(302)成组设置在上微动座(301)和下微动座(305)之间，所述微动块(302)分别设置在安装槽(305a)中，所述微动块(302)中的上微动块中水平设有微动块应变片(8)，所述微动块(302)中的下微动块中纵向设有施力应变片(9)，所述弯曲应变片(7)和微扭应变片(10)设置在疲劳试件(6)上，所述上微动座弹簧(310)和上施力螺钉(312)穿过安装槽(305a)设置在上微动座(301)上，所述下微动座弹簧(308)和下施力螺钉(306)穿过安装槽(305a)设置在下微动座(305)上；所述上微动座(301)和下微动座(305)前侧面分别对称设有通孔，所述上微动座(301)和下微动座(305)通过微动连杆(303)、连接螺钉(304)和螺母(309)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：所述支座部件(4)包括两组弯曲端支座(401)、两组扭转端支座(402)、L形支座(403)、滚针轴承(404)、U形框(405)、弹性柱(406)、紧固螺母(407)和紧固螺钉(408)；所述弯曲端支座(401)横截面为长方形，所述弯曲端支座(401)下端设有通孔；所述L形支座(403)竖直分支上设有一个通孔，水平分支的底面上设有两个盲孔；L形支座(403)的通孔中设置有一个支座销钉；所述滚针轴承(404)逐一套接安装在支座销钉上；所述U形框(405)通过其上下两端的滚针轴承(404)分别设置在弯曲端支座(401)和扭转端支座(402)内；所述弹性柱(406)设于疲劳试件(6)和扭转端支座(402)内侧的凸台之间，所述紧固螺钉(408)穿过紧固螺母(407)设置于L形支座(403)的盲孔内。
3.根据权利要求2所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：
所述内框部件(1)包括内框前板(101)、上支座(102)、设有第一销孔(103a)的内框后板(103)和内框连杆(104)和连接螺钉；所述上支座(102)侧面设有螺纹孔，所述内框前板(101)、上支座(102)和内框后板(103)的上端通过螺钉依次连接；所述内框连杆(104)设置在内框前板(101)和内框后板(103)的下端，并通过螺钉连接；
所述外框部件(2)包括外框前板(201)、设有侧孔(202a)的外框上连杆(202)、设有第二销孔(203a)的外框后板(203)、外框下连杆(204)和连接螺钉；所述外框前板(201)和外框后板(203)上端通过外框上连杆(202)连接，并利用螺钉固定；所述外框前板(201)和外框后板(203)下端通过外框下连杆(204)连接，并利用螺钉固定。
4.根据权利要求2或3所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：所述下支架部件(5)包括下支架(501)、第二螺栓螺母组(502)和下支座(503)，所述下支架(501)为两端叉形构件，并设有通孔，所述下支架(501)一端通过第一螺栓螺母组(35)与微动疲劳部件(3)连接，所述下支架(501)另一端通过第二螺栓螺母组(502)与下支座(503)连接。
5.根据权利要求3所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：所述支座部件(4)中的弯曲端支座(401)和扭转端支座(402)的前端面和后端面均设有通孔，并通过销钉分别穿过通孔、内框后板第一销孔(103a)和外框后板第二销孔(203a)设置在内框后板(103)、外框后板(203)、内框前板(101)和外框前板(201)上。
6.根据权利要求3所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：所述内框部件(1)设置在外框部件(2)内，所述内框部件(1)和外框部件(2)通过外框上连杆侧孔(202a)连接。
7.根据权利要求1所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：所述微动疲劳部件(3)的下微动座(305)的安装槽深大于上微动座(301)的安装槽深。
8.根据权利要求1所述的一种多功能多轴微动疲劳试验装置，其特征在于：建立加载计算模型，确定试验过程中产生的微扭参数并记录；其中微扭矩为：
Figure FDA0002592044580000031
式(一)中，d为弹性柱(406)与疲劳试件(6)接触区域中心到试件轴线的距离，P为弯曲加载载荷，r0为弹性棒截面圆直径，v1为弹性柱(406)的泊松比，v2为疲劳试件(6)的泊松比，E1为弹性柱(406)的弹性模量，E2为疲劳试件(6)的弹性模量；
疲劳试件(6)产生的微扭转角度为：
Figure FDA0002592044580000032
式(二)中，It为抗扭惯性矩，其数值为
Figure FDA0002592044580000033
G为疲劳试件(6)的剪切模量；
由弯曲加载载荷计算得到疲劳试件(6)两端的挠度值后，根据计算结果数值与弯曲应变片(7)、微动块应变片(8)、施力应变片(9)、微扭应变片(10)的检测结果进行比对，控制试验装置按照挠度加载，挠度计算公式为：
Figure FDA0002592044580000041
式(三)中，l为两微动块之间沿试件轴线方向的距离，k为试件扭转端到左侧微动块之间的距离，I为截面的轴惯性矩。
CN201910220477.3A 2019-03-22 2019-03-22 一种多功能多轴微动疲劳试验装置 Active CN110174320B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910220477.3A CN110174320B (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种多功能多轴微动疲劳试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910220477.3A CN110174320B (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种多功能多轴微动疲劳试验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110174320A CN110174320A (zh) 2019-08-27
CN110174320B true CN110174320B (zh) 2020-09-01

Family

ID=67689195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910220477.3A Active CN110174320B (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种多功能多轴微动疲劳试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110174320B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114608979A (zh) * 2022-03-22 2022-06-10 西南交通大学 一种弯扭复合高温微动疲劳试验装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000171370A (ja) * 1998-12-07 2000-06-23 Topy Ind Ltd 自動車用ホイールのフレッティング疲労試験方法とその装置
CN101598647A (zh) * 2009-07-14 2009-12-09 中国矿业大学 一种钢丝微动疲劳试验机及方法
CN201622210U (zh) * 2010-03-16 2010-11-03 陈跃良 一种可调微动疲劳试验机
CN102087186A (zh) * 2011-01-26 2011-06-08 复旦大学 微动疲劳实验平台
CN102353590A (zh) * 2011-07-13 2012-02-15 中国矿业大学 一种监测钢丝微动疲劳状态的试验方法及装置
JP2014013200A (ja) * 2012-07-04 2014-01-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd フレッティング疲労評価方法およびフレッティング疲労評価装置
CN104181031A (zh) * 2014-09-09 2014-12-03 西南交通大学 一种点接触式微动疲劳试验装置及试验方法
CN104297079A (zh) * 2014-09-16 2015-01-21 南京航空航天大学 一种端齿结构微动疲劳试验装置及试验方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000171370A (ja) * 1998-12-07 2000-06-23 Topy Ind Ltd 自動車用ホイールのフレッティング疲労試験方法とその装置
CN101598647A (zh) * 2009-07-14 2009-12-09 中国矿业大学 一种钢丝微动疲劳试验机及方法
CN201622210U (zh) * 2010-03-16 2010-11-03 陈跃良 一种可调微动疲劳试验机
CN102087186A (zh) * 2011-01-26 2011-06-08 复旦大学 微动疲劳实验平台
CN102353590A (zh) * 2011-07-13 2012-02-15 中国矿业大学 一种监测钢丝微动疲劳状态的试验方法及装置
JP2014013200A (ja) * 2012-07-04 2014-01-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd フレッティング疲労評価方法およびフレッティング疲労評価装置
CN104181031A (zh) * 2014-09-09 2014-12-03 西南交通大学 一种点接触式微动疲劳试验装置及试验方法
CN104297079A (zh) * 2014-09-16 2015-01-21 南京航空航天大学 一种端齿结构微动疲劳试验装置及试验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110174320A (zh) 2019-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102331370B (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
CN202903617U (zh) 原位三点弯曲试验装置
CN201133893Y (zh) 多功能材料表面性能试验仪
CN203405477U (zh) 基于扫描电镜下微型原位力学测试仪
CN106680096B (zh) 多试件粘接接头双向加载疲劳实验装置
CN103335898A (zh) 拉伸-剪切复合加载模式下材料微观力学性能原位测试装置
CN103499499B (zh) 一种微观视场下双侧动力原位微扭转材料力学性能测试仪
CN110095240B (zh) 涡轮发动机机匣刚度试验辅助加载装置
CN109827857B (zh) 一种多参数多轴微动疲劳试验装置及方法
CN110174320B (zh) 一种多功能多轴微动疲劳试验装置
CN201199211Y (zh) 一种用于十字形试件的拉伸试验装置
CN103884495A (zh) 一种大型结构件多维受力测试的封闭式加载框架
JP2003035639A (ja) 圧縮バネの特性試験方法および装置
CN206488994U (zh) 拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置
JP2013079823A (ja) ねじり試験機
US4930228A (en) Stem load determining system
CN102589919B (zh) 一种基于随动力矩负载的负载模拟器
CN112748000B (zh) 用于碳纤维复合材料性能测试的多轴试验机及试验方法
CN114858577A (zh) 一种微动疲劳试验方法与装置
CN203337481U (zh) 拉伸-剪切复合加载模式下材料微观力学性能原位测试装置
CN219474954U (zh) 一种减速器精度测量装置
CN109238848B (zh) Esem原位力学试验平台
CN217484008U (zh) 一种基于丝杠控制位移的弯扭微动损伤试验装置
CN116840036A (zh) 一种单轴拉伸试验夹具
CN114646450B (zh) 一种双固支部件天平加载装置

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