CN111650064A - 一种高温、高低周复合疲劳试验系统 - Google Patents

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许巍
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Abstract

本发明是一种高温、高低周复合疲劳试验系统，该系统通过液压系统加载低周载荷，利用电磁振动台加载高频振动载荷(频率最高可达到1000Hz)，针对工程件材料、工程件，可以完成轴向(Y轴)低周拉‑拉应力和水平(X轴)高频载荷复合作用下的疲劳测试，载荷图谱如图1所示。本发明系统能够省时高效地针对工程件材料、工程件，模拟其在使用环境下的高低周复合疲劳试验，试验系统简单实用，成本较低。

Description

一种高温、高低周复合疲劳试验系统
技术领域
本发明是一种高温、高低周复合疲劳试验系统，属于力学性能测试技术领域。
背景技术
疲劳失效是工程材料常见的破坏形式。针对工程材料开展疲劳性能测试，获取特定应力水平下的疲劳破坏寿命，对于工程结构件的设计和寿命预测具有非常重要的意义。以往，材料疲劳测试多以轴向的应力加载方式完成，而且高周、低周分别在材料的弹性范围和塑性范围内进行，不能体现某些工程件在高低周复合应力作用下的实际工况。近年来，随着工业技术的发展，先进材料对高低周复合应力作用下的疲劳性能测试需求量大大增加，部分工业装备(飞机、高铁等)对关键部件的高低周复合疲劳性能也提出了更高的要求，要求部分关键部件的疲劳测试在高低周复合应力作用下完成。例如，航空发动机的叶片、轴等。因此，基于传统单项加载的高周频疲劳和低周疲劳测试，已不能完全满足现代材料疲劳性能的测试需求，亟需开展高低周复合疲劳性能测试。
目前材料疲劳测试，全部基于传统单项加载的高频疲劳和低周疲劳测试，不能模拟某些航空发动机工程件的实际工作环境。且传统单项加载的高频疲劳和低周疲劳测试数据，不能准确反映工程件在多轴应力作用下的材料疲劳特性。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种高温、高低周复合疲劳试验系统，该系统将电磁振动台和液压系统结合在一起，实现了材料在室温和高温条件下的高低周复合疲劳性能的测试，测试结果对于工程材料的疲劳寿命评价具有重要的应用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种高温、高低周复合疲劳试验系统包括一个主控计算机用于接收、处理数据，另外还包括一个低周加载装置和一个高频振动装置，其中：
低周加载装置包括一个设置在主体台架台面11上的刚性框架结构，在该框架结构上固定有低周加力液压作动器4，该低周加力液压作动器4上安装有力值传感器7以实时测量并控制低周力值和保载时间，低周加力液压作动器4的作动杆5与一个助振板1刚性连接，该助振板1与待测试样2的一端刚性连接并对待测试样2进行低周加载；
高频振动装置包括一个电磁振动台8，电磁振动台8通过一个过渡板12与高频施力板6连接，由高频施力板6输出高频振动，振动方向与低周加力液压作动器4的作动杆5的动作方向成90°，该高频施力板6的中心通过夹具下拉杆3与待测试样2的另一端刚性连接；
在助振板1上安装在激光位移传感器16用于实时监测助振板1的振幅并反馈给主控计算机以实现对电磁振动台8的控制，保持对待测试样2的高频载荷。
在一种实施中，所述刚性框架结构是由承力结构拉杆9和承力结构前后板10组成的四方体刚性结构，其中，承力结构拉杆9处于横向位置并与低周加力液压作动器4的作动杆5平行，承力结构前后板10处于纵向位置并与电磁振动台8上连接的高频施力板6平行。
在一种实施中，在主体台架台面11下方安装有液压油箱15和液压油泵14。
在一种实施中，在框架结构上固定安装两组低周加力液压作动器4，其作动杆5分别刚性连接助振板1的两端以使待测试样2位于该两端之间。
进一步，所述助振板1为“E”字形结构，两组低周加力液压作动器4的作动杆5分别刚性连接在该“E”字形结构上、下支臂上，待测试样2的一端刚性连接在该“E”字形结构中间支臂上。
在一种实施中，在待测试样2的外圆周面上套装一个高频加热感应圈17，利用电涡流加热功能实现温度环境，以同时满足高低周复合疲劳试验中的高温需要。
在一种实施中，所述高频施力板6是一个长方形的板状结构，在高频施力板6与其相近的承力结构前后板10之间安装有承压轴承15。
在一种实施中，所述待测试样2的两端加工有螺纹，中间为板材工作段，待测试样2通过两端的螺纹分别与助振板1、试样下夹具3紧密配合。
在一种实施中，所述力值传感器7为压电式力传感器，是待测试样2所受低周载荷的测量装置。
在一种实施中，所述高频振动装置的加载频率大于1000Hz。
所述的主控计算机为常规台式电子计算机，通过安装相应的控制和数据采集软件，可以实现对试验系统的控制和试验数据的实时采集。
所述的电磁振动台8为常规电磁式振动台，利用电磁激励产生周期性驱动力以对待测试样2施加疲劳载荷，电磁振动台8的额定激振力满足疲劳试验中试样的加载要求。
所述的主体台架台面11和刚性框架结构均采用高强度钢制成，对试验系统各组成部分起连接固定的作用，其强度和刚度满足试验系统稳定性要求。
本发明技术方案通过液压系统加载低周载荷，利用电磁振动台加载高频振动载荷(频率最高可达到1000Hz)，针对工程件材料、工程件，可以完成轴向(Y轴)低周拉-拉应力和水平(X轴)高频载荷复合作用下的疲劳测试，载荷图谱如图1所示。本发明系统能够省时高效地针对工程件材料、工程件，模拟其在使用环境下的高低周复合疲劳试验，试验系统简单实用，成本较低。
附图说明
图1为本发明试验系统的载荷图谱
图2为本发明试验系统的主视结构示意图
图3为图1的俯视图
图4为待测试样的形状示意图
图5为套装高频加热感应圈的待测试样的形状示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图2～5所示，该种高温、高低周复合疲劳试验系统包括一个主控计算机用于接收、处理数据，另外还包括一个低周加载装置和一个高频振动装置，其中：
低周加载装置包括一个设置在主体台架台面11上的刚性框架结构，该刚性框架结构是由承力结构拉杆9和承力结构前后板10组成的四方体刚性结构，其中，承力结构拉杆9处于横向位置并与低周加力液压作动器4的作动杆5平行，承力结构前后板10处于纵向位置并与电磁振动台8上连接的高频施力板6平行；在主体台架台面11下方安装有液压油箱15和液压油泵14；
在框架结构上固定安装两组低周加力液压作动器4，其作动杆5分别刚性连接助振板1的两端以使待测试样2位于该两端之间；所述助振板1为“E”字形结构，两组低周加力液压作动器4的作动杆5分别刚性连接在该“E”字形结构上、下支臂上，待测试样2的一端刚性连接在该“E”字形结构中间支臂上；该低周加力液压作动器4上安装有力值传感器7以实时测量并控制低周力值和保载时间；
液压油泵14给低周加力液压作动器4供压，靠作动杆5给待测试样2施加低周载荷，待测试样2处于整体钢性连接状态；
高频振动装置包括一个电磁振动台8，电磁振动台8为电磁式振动台，利用电磁激励产生周期性驱动力以对待测试样2施加疲劳载荷，电磁振动台的额定激振力满足疲劳试验中试样的加载要求，电磁振动台8通过一个过渡板12与高频施力板6连接，由高频施力板6输出高频振动，振动方向与低周加力液压作动器4的作动杆5的动作方向成90°，该高频施力板6的中心通过夹具下拉杆3与待测试样2的另一端刚性连接；
本实施例中，所述高频施力板6是一个长方形的板状结构，在高频施力板6与其相近的承力结构前后板10之间安装有承压轴承15。
在助振板1上安装在激光位移传感器16用于实时监测助振板1的振幅并反馈给主控计算机以实现对电磁振动台8的控制，保持对待测试样2的高频载荷。
在实施中，根据需要可以在待测试样2的外圆周面上套装一个高频加热感应圈17，利用电涡流加热功能实现温度环境，以同时满足高低周复合疲劳试验中的高温需要。
在本实施中，所述待测试样2为沙漏形圆棒，两端加工有螺纹，中间为板材工作段，待测试样2通过两端的螺纹分别与助振板1、试样下夹具3紧密配合。
在本实施中，所述力值传感器7为压电式力传感器，是待测试样2所受低周载荷的测量装置。
主控计算机根据力传感器7实时测量并控制低周力值和保载时间；激光位移传感器16实时监测助振板1的振幅，反馈给主控计算机，对电磁振动台8进行控制，用以保持待测试样2上的高频载荷，从而完成应力控制下的高低周复合疲劳试验。
主控计算机上安装了相应的控制软件，在试样安装好正式加载前，通过可视化界面，按照低周载荷应力比设定平均载荷，预加载检查试样安装同心度，同时进行扫频检查。一切正常后，将试验频率、以及最大载荷等相关信息，输入主控计算机，并可以通过信号采集软件实时监控试验状态。
高温试验时，安装完试样或工程件2同时将高频加热感应圈17环套在待测试样2的工作段上，通电对待测2进行加热，待达到预定温度后，保持温度不变。如果测试要求为室温试验，则可不必加装高频加热感应圈17。
如图1所示，在满足各应力比设定后，随后依靠液压作动器4施加低周载荷进行循环动态加载，依靠电磁振动台(8)进行振动疲劳加载，根据待测试样2实际情况，加载频率可大于1000Hz，振动疲劳加载的同时开始循环计数，直至试样发生疲劳破坏或达到规定最大循环数(例如109)时即停止试验。试验具体操作方法可参考《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》(GB/T 3075-2008)。

Claims (10)

1.一种高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：该系统包括一个主控计算机用于接收、处理数据、一个低周加载装置和一个高频振动装置，其中：
低周加载装置包括一个设置在主体台架台面(11)上的刚性框架结构，在该框架结构上固定有低周加力液压作动器(4)，该低周加力液压作动器(4)上安装有力值传感器(7)以实时测量并控制低周力值和保载时间，低周加力液压作动器(4)的作动杆(5)与一个助振板(1)刚性连接，该助振板(1)与待测试样(2)的一端刚性连接并对待测试样(2)进行低周加载；
高频振动装置包括一个电磁振动台(8)，电磁振动台(8)通过一个过渡板(12)与高频施力板(6)连接，由高频施力板(6)输出高频振动，振动方向与低周加力液压作动器(4)的作动杆(5)的动作方向成90°，该高频施力板(6)的中心通过夹具下拉杆(3)与待测试样(2)的另一端刚性连接；
在助振板(1)上安装在激光位移传感器(16)用于实时监测助振板1的振幅并反馈给主控计算机以实现对电磁振动台(8)的控制，保持对待测试样(2)的高频载荷。
2.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：所述刚性框架结构是由承力结构拉杆(9)和承力结构前后板(10)组成的四方体刚性结构，其中，承力结构拉杆(9)处于横向位置并与低周加力液压作动器(4)的作动杆(5)平行，承力结构前后板(10)处于纵向位置并与电磁振动台(8)上连接的高频施力板(6)平行。
3.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：在主体台架台面(11)下方安装有液压油箱(15)和液压油泵(14)。
4.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：在框架结构上固定安装两组低周加力液压作动器(4)，其作动杆(5)分别刚性连接助振板(1)的两端以使待测试样(2)位于该两端之间。
5.根据权利要求4所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：所述助振板(1)为“E”字形结构，两组低周加力液压作动器(4)的作动杆(5)分别刚性连接在该“E”字形结构上、下支臂上，待测试样(2)的一端刚性连接在该“E”字形结构中间支臂上。
6.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：在待测试样(2)的外圆周面上套装一个高频加热感应圈(17)以同时满足高低周复合疲劳试验中的高温需要。
7.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：所述高频施力板(6)是一个长方形的板状结构，在高频施力板(6)与其相近的承力结构前后板(10)之间安装有承压轴承(15)。
8.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：所述待测试样(2)的两端加工有螺纹，中间为板材工作段，待测试样(2)通过两端的螺纹分别与助振板(1)、试样下夹具(3)紧密配合。
9.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：所述力值传感器(7)为压电式力传感器。
10.根据权利要求1所述的高温、高低周复合疲劳试验系统，其特征在于：所述高频振动装置的加载频率大于1000Hz。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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