CN110907297B - 一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置 - Google Patents

一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于位移加载三点弯疲劳试验的试验装置，试验装置框架由钢板和方钢焊接而成，并在内部安装有两根垂直的导向杆；固定圆盘与偏心圆盘组成曲柄滑块机构的曲柄，与直流电机通过三面角钢与上平板连接，滑块通过摇杆连接曲柄，与底板沿导向杆上下滑动；底板固定后三点弯夹具的底座固定在底板上，上压头与滑块连接，并在中间安装载荷传感器；直流电机通过驱动曲柄滑块机构实现三点弯夹具上压头的往复运动，从而对试验件进行循环位移加载。加载中位移的幅值通过曲柄滑块机构调整偏心圆盘的偏心量确定，位移的峰值由底板调整高度确定，载荷则由载荷传感器测量。本发明具有结构简单、经济性好、空间利用率高、装配方便、载荷可调等特点。

Description

一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置
技术领域
本发明属于检测设备技术领域，具体涉及一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置。
背景技术
工程材料应用于循环载荷下的结构时，除了测试常规的力学性能外，都会测试材料的疲劳性能。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中大约有80％以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故。
现有材料体系下复合材料的设计过程采用静力覆盖疲劳的设计准则，但是随着先进复合材料的不断研发以及复合材料生产工艺水平稳步提高而带来的材料性能分散性降低，对材料性能的精准把握控制使得复合材料的疲劳性能也成为了结构设计中的重大考量因素。
市面上现有的疲劳试验机虽然功能齐全，可以进行载荷控制及位移控制等多种加载方式，且可以直接连接计算机实时记录载荷和位移等数据，但价格普遍达到上万，如果只用于位移加载的疲劳试验，试验设备成本巨大，经济效益低。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：克服现有疲劳试验装置的不足，提供一种结构简单、经济性好、空间利用率高、装配方便、载荷可调的应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置，试验装置框架由下平板、上平板、四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁焊接而成，并在内部安装有两根垂直的导向杆；固定圆盘与偏心圆盘组成曲柄滑块机构的曲柄，与直流电机通过三面角钢与上平板连接，滑块通过摇杆连接曲柄，与底板只能沿两根金属杆上下滑动；底板固定后三点弯夹具的底座固定在底板上，上压头与滑块连接，并在中间安装载荷传感器；直流电机通过驱动曲柄滑块机构实现三点弯夹具上压头的往复运动，从而对试验件进行循环位移加载。
所述三点弯夹具的下支座上设有防滑移挡板，并在试验时在试验件与下支座的接触部分涂抹润滑黄油以减小摩擦。
所述固定圆盘直接与直流电机连接，直流电机可以控制转速，偏心圆盘与固定圆盘之间通过圆槽孔与螺栓连接，圆槽孔边缘有刻度值并可以调整偏心量。
所述固定圆盘侧面磨平后吸附一小块磁铁，并在固定圆盘附近设有电磁传感器连接计数器用于记录循环次数。
所述底板与滑块和金属杆之间安装有石墨滑动轴承，且底板可以通过4个定位夹块固定位置。
所述位移加载中位移的幅值通过曲柄滑块机构调整偏心圆盘的偏心量确定，位移的峰值由底板调整高度确定，载荷则由载荷传感器测量。
本发明的优点及带来的有益效果在于：
(1)本发明一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置，结构简单，经济性好，相较于市面上的疲劳试验机，成本可降低80％以上。
(2)本发明一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置，可以通过调整曲柄滑块机构偏心圆盘的偏心量改变位移的幅值，调整底板高度改变位移的峰值，调整三点弯夹具支座改变试验的跨距，调整直流电机改变转速，从而满足不同的载荷条件。
(3)本发明利用吸附在固定圆盘上的磁块和电磁传感器实现了自动记录循环数，该方式成本低且准确度高，装配也十分方便。
(4)本发明利用挡板防止试验件产生横向(垂直试件长度方向)滑移，并在试验件与下支座的接触部分涂抹润滑黄油以减小摩擦，防止试验件产生纵向(平行试件长度方向)滑移，有效减少了滑移对试验结果的影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供的位移加载的三点弯疲劳试验装置示意图；
图2为本发明实施例提供的曲柄滑块机构正视示意图(且放大2倍)；
图3为本发明实施例提供的曲柄滑块机构侧视示意图(且放大2倍)；
图4为本发明实施例提供的三点弯夹具示意图(且放大3倍)；
其中，1-试验框架，2-导向杆，3-曲柄滑块机构，3.1-三面角钢，3.2-偏心圆盘，3.3-圆槽孔，3.4-固定圆盘，3.5-电磁传感器，3.6-磁块，3.7-摇杆，3.8-连接板，3.9-滑块，3.10-直流电机，4-螺纹连接杆，5-载荷传感器，6-三点弯夹具，6.1-上压头，6.2-下支座，6.3-挡板，6.4-底座，6.5-固定螺栓，7-底板，8-定位夹块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置，包括试验框架1和装配在其上的曲柄滑块机构3(如图2和图3所示)及三点弯夹具6(如图4所示)。其中试验框架1外形为长方体，由下平板、上平板、四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁焊接而成，下平板和上平板为实心钢板，四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁为方钢，为保证焊接质量需要根据实际试验要求保证下平板和上平板的平行度。在试验框架1的下平板和上平板之间安装两根导向杆2，在装入时需要事先在两根导向杆2之间安装底板7和滑块3.9，并根据实际试验要求保证导向杆2的垂直度。在三面角钢3.1中安装电磁传感器3.5和直流电机3.10，然后在直流电机3.10的金属杆上安装固定圆盘3.4和偏心圆盘3.2，并可以通过圆槽孔3.3调整偏心量，固定圆盘3.4侧面经过磨平，可以吸附一磁块3.6。将三面角钢3.1通过螺栓安装到试验框架1的上平板，同时在滑块3.9上通过螺栓安装连接板3.8，然后通过摇杆3.7连接偏心滑块3.2和连接板3.8，完成曲柄滑块机构3的安装。之后在滑块3.9的下方通过螺纹连接杆4安装载荷传感器5和三点弯夹具6的上压头6.1。最后，通过四个定位夹块8固定底板7，定位夹块8由两个金属块及两个螺栓组成，在底板7上通过两个固定螺栓6.5安装三点弯夹具6的底座6.4，然后在底座6.4上安装下支座6.2，并在下支座6.2上通过两个螺钉安装挡板6.3，完成整个应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置的安装。
在位移载荷的调整上，位移的幅值通过曲柄滑块机构3调整偏心圆盘3.2的偏心量确定，位移的峰值由底板7调整高度确定。
在循环数的记录上，直流电机3.10每驱动固定圆盘3.4转1圈，其上的磁块3.6便会与旁边的电磁感应器3.5产生电磁感应，与电磁感应器相连的计数器便会计1次数，从而自动记录循环次数。
在防止试验件滑移的措施上，下支座6.2上安装挡板6.3防止试验件产生横向(垂直试件长度方向)滑移，在试验件与下支座的接触部分涂抹润滑黄油以减小摩擦，防止试验件产生纵向(平行试件长度方向)滑移。
在安装和使用本三点弯疲劳试验装置时，具体步骤如下：
步骤一、将下平板、上平板、四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁焊接成试验框架，根据实际试验要求保证下平板和上平板的平行度；
步骤二、将在两根导向杆之间安装底板和滑块，然后将导向杆装入试验框架的下平板和上平板之间，并根据实际试验要求保证导向杆的垂直度；
步骤三、将电磁传感器和直流电机安装到三面角钢上，然后在直流电机的金属杆上安装固定圆盘和偏心圆盘，固定圆盘在安装前需将侧面磨平后吸附一磁块；
步骤四、将三面角钢通过螺栓安装到试验框架的上平板，在滑块上通过螺栓安装连接板，然后通过摇杆连接偏心圆盘和连接板；
步骤五、在滑块的下方通过螺纹连接杆安装载荷传感器和三点弯夹具的上压头；
步骤六、在底板上通过两个固定螺栓安装三点弯夹具的底座，然后在底座上安装下支座，并在下支座上安装挡板，完成三点弯疲劳试验装置的安装；
步骤七、试验时，调整固定圆盘和偏心圆盘之间圆槽孔的偏心量，使之等于位移变化幅值的一半，并用位移传感器校对，精确到0.1mm至预设值；
步骤八、调整底板的高度，使上压头在最底端时的位置等于最大加载位移，并通过四个定位夹块固定；
步骤九、调整下支座之间的距离，精确到0.5mm至预设值。上压头的轴线需要位于支座正中间，且与下支座相平行；
步骤十、将试验件放在两支座的中心位置上，试验件内侧接触挡板使其长度方向与支座和加载压头相垂直，并在试验件与下支座的接触部分涂抹润滑黄油以减小摩擦；
步骤十一、开始试验时，电机的初始频率需为一较小值，观察试验件有无产生错位移动等异常现象，然后逐渐将增加电机的频率；
步骤十二、试验结束后，记录最终的循环次数，对试验件破坏模式进行文字和图像记录，并按照试验件编号按照组别装袋留存。
本试验装置已对复合材料层板在不同的位移载荷下总共完成了四十余次试验测试，均得到了有效的载荷与循环数数据，其中最大循环数为100000次。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (1)

1.一种应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置，其特征在于：试验装置框架由下平板、上平板、四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁焊接而成，并在内部安装有两根垂直的导向杆；固定圆盘与偏心圆盘组成曲柄滑块机构的曲柄，与直流电机通过三面角钢与上平板连接，滑块通过摇杆连接曲柄，与底板只能沿两根金属杆上下滑动；底板固定后三点弯夹具的底座固定在底板上，上压头与滑块连接，并在中间安装载荷传感器；直流电机通过驱动曲柄滑块机构实现三点弯夹具上压头的往复运动，从而对试验件进行循环位移加载；
所述三点弯夹具的下支座上设有防滑移挡板，并在试验时在试验件与下支座的接触部分涂抹润滑黄油以减小摩擦；
所述固定圆盘直接与直流电机连接，直流电机可以控制转速，偏心圆盘与固定圆盘之间通过圆槽孔与螺栓连接，圆槽孔边缘有刻度值并可以调整偏心量；
所述固定圆盘侧面磨平后吸附一小块磁铁，并在固定圆盘附近设有电磁传感器连接计数器用于记录循环次数；
所述底板与滑块和金属杆之间安装有石墨滑动轴承，且底板可以通过4个定位夹块固定位置；
所述位移加载中位移的幅值通过曲柄滑块机构调整偏心圆盘的偏心量确定，位移的峰值由底板调整高度确定，载荷则由载荷传感器测量；
其中具体的试验框架(1)外形为长方体，由下平板、上平板、四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁焊接而成，下平板和上平板为实心钢板，四根支撑柱和两根支撑柱之间的梁为方钢，为保证焊接质量需要根据实际试验要求保证下平板和上平板的平行度，在试验框架(1)的下平板和上平板之间安装两根导向杆(2)，在装入时需要事先在两根导向杆(2)之间安装底板(7)和滑块(3.9)，并根据实际试验要求保证导向杆(2)的垂直度，在三面角钢(3.1)中安装电磁传感器(3.5)和直流电机(3.10)，然后在直流电机(3.10)的金属杆上安装固定圆盘(3.4)和偏心圆盘(3.2)，并可以通过圆槽孔(3.3)调整偏心量，固定圆盘(3.4)侧面经过磨平，可以吸附一磁块(3.6)，将三面角钢(3.1)通过螺栓安装到试验框架(1)的上平板，同时在滑块(3.9)上通过螺栓安装连接板(3.8)，然后通过摇杆(3.7)连接偏心滑块(3.2)和连接板(3.8)，完成曲柄滑块机构(3)的安装，之后在滑块(3.9)的下方通过螺纹连接杆(4)安装载荷传感器(5)和三点弯夹具(6)的上压头(6.1)，最后，通过四个定位夹块(8)固定底板(7)，定位夹块(8)由两个金属块及两个螺栓组成，在底板(7)上通过两个固定螺栓(6.5)安装三点弯夹具(6)的底座(6.4)，然后在底座(6.4)上安装下支座(6.2)，并在下支座(6.2)上通过两个螺钉安装挡板(6.3)，完成整个应用于位移加载的三点弯疲劳试验装置的安装，试验件为复合材料层板。
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