CN114166652A - 确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置 - Google Patents

确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114166652A
CN114166652A CN202111511716.4A CN202111511716A CN114166652A CN 114166652 A CN114166652 A CN 114166652A CN 202111511716 A CN202111511716 A CN 202111511716A CN 114166652 A CN114166652 A CN 114166652A
Authority
CN
China
Prior art keywords
test
reed
stress relaxation
temperature
load
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.)
Pending
Application number
CN202111511716.4A
Other languages
English (en)
Inventor
曾佳
冯凌波
孟理华
翟壮壮
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.)
China Aero Polytechnology Establishment
Original Assignee
China Aero Polytechnology Establishment
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 China Aero Polytechnology Establishment filed Critical China Aero Polytechnology Establishment
Priority to CN202111511716.4A priority Critical patent/CN114166652A/zh
Publication of CN114166652A publication Critical patent/CN114166652A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/18—Performing tests at high or low temperatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/003—Machine valves
    • 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
    • G01N2203/0003—Steady
    • 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
    • G01N2203/0017—Tensile
    • 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
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating 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
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/0278—Thin specimens
    • G01N2203/0282—Two dimensional, e.g. tapes, webs, sheets, strips, disks or membranes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General 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)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明提供一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置，方法包括以下步骤：S1，确定伺服阀用簧片故障物理通用模型；S2，伺服阀用簧片寿命试验载荷剖面设计；S3，搭建伺服阀用簧片寿命试验装置；S4，伺服阀用簧片寿命试验步骤；S5，对试验数据进行处理，得到伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型；装置包括机架、高温试验箱、载荷调整装置、夹具、试验数据采集与记录装置。本发明通过试验得到温度寿命系数、载荷寿命系数与相应参数的关系，提高了簧片应力松弛故障物理模型的准确性和适应性。

Description

确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置
技术领域
本发明涉及产品可靠性领域，尤其涉及一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置。
背景技术
簧片位于电机内部，需要具有适宜的足够大的刚度，以保证在电机中衔铁偏离中位的额定工作范围内，电机可以稳定可靠地工作；同时保证在切断系统信号电流时，簧片的向心力刚度足以克服伺服阀摩擦力，使阀芯回到中位，具有失效对中功能。铍青铜由于其优良的机械性能、耐磨耐疲劳性能、导电性能及弹性，广泛应用于继电器、接触器、电连接器等电子元器件中。作为一种弹性合金，在长期贮存和使用中应力松弛是其主要的失效模式，为了使簧片(多为铍青铜)在各种机电元件中可靠使用，需要对其的使用寿命进行合理预测。目前不同国家对应力松弛试验没有统一标准，测试装置也各有不同，因此寿命预测方法也不尽相同。
针对缺乏统一的伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的问题，本发明提供一种基于伺服阀用簧片应力松弛率定量表征簧片寿命退化规律的伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是使用伺服阀用簧片应力松弛率定量表征簧片寿命退化规律，本发明提供一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法，其具体包括以下步骤：
S1，确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理通用模型；
伺服阀用簧片应力衰退指标随时间变化关系的表达式为如下应力松弛故障物理通用模型：
Figure BDA0003395291290000011
ΔP＝P1-P0 (3)
其中，R为应力松弛率，A’和C均为与环境温度和材料组织相关的系统常数，P0为初始载荷应力,P1为根据试验测得的簧片发生应力松弛后的载荷应力，t为时间；
当应力松弛率作为簧片失效判据时，应力松弛率值根据伺服阀用簧片产品的材料、功能特征确定；
S2，伺服阀用簧片应力松弛寿命试验载荷剖面设计；
根据对应力松弛故障物理模型的需求分析，确定使用以温度与载荷为载荷剖面的应力松弛寿命试验；
S3，搭建伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置；
伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置能对簧片进行加热和施加载荷，并测量和采集簧片的载荷应力；
S4，伺服阀用簧片应力松弛寿命试验步骤，具体包括：
1)初次试验前需对高温试验箱、推拉力传感器、数据采集卡各个试验装置进行标定，保证高温试验箱、推拉力传感器、数据采集卡保持在稳定的工作状态，降低试验系统误差；
2)将簧片安装在夹具的第三圆台与第一圆台之间，调整簧片位置，保证簧片与夹具中的上连杆具有良好的对中性；
3)打开电源，在加载前将试验数据采集与记录装置中的数据采集卡所连接的数据记录软件清零，并设置合适的数据采集频率及数据保存路径；使用高温试验箱的控制面板进入设置页面，设置控温曲线，在温度-时间曲线中设定试验温升速度、试验温度及试验持续时间；
4)调节载荷调整装置对试验试件施加位移载荷，通过推拉力传感器的监测将载荷调整到设定的载荷应力值；启动高温试验箱开始按照步骤3)中设定要求开始加热，同时让试验数据采集与记录装置中的数据采集软件开始记录试验数据；采集的实验数据包括载荷应力数据和位移数据；
5)将簧片安装并固定在夹具上之后，由高温试验箱进行加热及保温，将温度维持在设定的温度值，记录试验过程中的数据；
6)当达到设定的试验时间后，保存数据采集软件中采集的试验数据，将试验数据导入试验数据采集与记录装置中的数据软件以便进行后期试验数据的处理与分析；
7)观察高温试验箱控制面板中炉膛温度变化数据。等待高温试验箱炉膛温度恢复至室温，方能打开高温试验箱炉门，卸载试验试件，安装新的试件重复步骤(2)-(7)进行下一个实验试件的试验；
S5，对试验数据进行处理，得到伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型；
将某一试验条件下测得的载荷应力数据带入式(2)和式(3)求得该试验条件下的应力松弛故障物理模型中的参数，确定了经试验数据修正后的伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型。
优选的，所述步骤S3中确定使用以温度与载荷为载荷剖面的应力松弛寿命试验具体为：试验温度分别为338K、353K、368K、383K、408K，载荷分别为100N、150N、200N、250N、306N，每组试验样件数选定为3个。
优选的，所述步骤S2中作为失效判据的应力松弛率值设定为：应力松弛率值为4％。
本发明还公开了一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的装置，其包括：机架、高温试验箱、载荷调整装置、夹具、试验数据采集与记录装置；
所述机架用于支撑高温试验箱、载荷调整装置、夹具和试验数据采集与记录装置，机架包括左右两个支撑腿、在两个支撑腿之间从上到下依次安装有上横杆、水平台面和下横杆；
所述高温试验箱用来控制簧片的环境温度，高温试验箱为箱体结构，位于上横杆和水平台面之间，水平放置在机架的水平台面上；
所述夹具用来固定簧片，其包括上连杆、下连杆、第一圆台、第二圆台、第三圆台、以及两个支撑连杆；第一圆台和第二圆台通过支撑连杆连接，第一圆台位于第二圆台上部，两者平行，并且与支撑连杆垂直；第一圆台中心预制通孔，第三圆台与穿过第一圆台中心预制通孔的上连杆下端相连接，第三圆台与上连杆下端采用能拆卸的方式连接；第三圆台位于第一圆台和第二圆台之间，且与第一圆台和第二圆台平行，并且能通过上连杆在第一圆台和第二圆台之间上下移动，待测试的簧片样件安装在第一圆台和第三圆台之间；第二圆台底部预制凸台，凸台中心预制螺纹孔与下连杆的上端螺纹连接；上连杆下端与第三圆台相连接，从下向上垂直依次穿过第一圆台中心预制通孔、高温试验箱上部预制的通孔，以及机架上横杆预制的通孔；下连杆的上端与第二圆台底部预制凸台，并从上向下依次垂直穿过高温试验箱下部预制的通孔，以及机架水平台面预制的通孔并与机架的下横杆固定连接；
所述载荷调整装置用于调节簧片试件的载荷应力，载荷调整装置安装在机架上横杆的上部，与上连杆的上部连接，载荷调整装置通过调节与上连杆的固定位置来调节夹具的第三圆台的上升或下降，即调节第三圆台与第一圆台之间的距离；
所述试验数据采集与记录装置用于采集、记录和处理簧片试件在应力松弛寿命试验中的相关数据，包括推拉力传感器、数据采集卡和数据处理软件；推拉力传感器用来测量试验试件的载荷数据,数据采集卡用来采集并收集推拉力传感器上的载荷数据，数据处理软件用来对采集到的载荷数据进行处理。
优选的，所述载荷调整装置为六角螺母,通过螺纹与上连杆连接，通过旋转调整六角螺母与上连杆的相对位置来改变第一圆台和第三圆台的间距，完成对簧片试件的载荷调整。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、依据伺服用簧片的性能退化规律,提出了伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型，将伺服用簧片的应力松弛率作为其失效判据，为伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型提供了试验依据。
2、对簧片应力松弛故障物理模型进行需求分析，确定使用以温度与载荷为应力的应力松弛寿命试验。
3、针对温度、载荷等不同试验条件，分别对簧片应力松弛故障物理模型的系数进行确定，从而实现对伺服用簧片寿命的精确、有效预测。
4、通过处理试验数据得到温度寿命系数、载荷寿命系数与相应参数的关系，提高了簧片应力松弛故障物理模型的准确性和适应性。
5、提出了用于伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的试验装置，简化了试验操作步骤和过程。
附图说明
图1是确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法的步骤流程图；
图2是确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的试验装置结构图；
图3是确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的试验装置中夹具的结构图。
具体实施方式
为更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
针对缺乏专用于伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的问题，基于伺服阀用簧片应力松弛率定量表征簧片寿命退化规律，本发明提供一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法。应力松弛寿命试验通过对试验数据的采集、处理，确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型中的系数，得到相应批次或类型的伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型，用于支撑伺服阀用簧片寿命的预测。
一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
S1，确定伺服阀用簧片应力松弛故障通用物理模型。
研究表明用于表达簧片应力衰退指标随时间变化关系的表达式为：
R＝a*log(t)+b (1)
其中，R表示应力松弛特征量，t表示应力松弛时间(即簧片的寿命)，a和b表示与环境温度和应力水平有关的材料常数。
应力松弛是在恒定位移载荷下应力随时间衰减的过程，因此总变形量为常数，其中包括弹性变形和塑性变形。弹性性质不随塑性变形改变，并且应力松弛过程中塑性变形主要是位错在外力作用下运动的结果，塑性变形速率可通过位错平均运动速率、可动位错密度来表述。实际应力松弛过程中材料组织及亚结构发生改变，且某些位错在运动过程中相互抵消，部分位错被形成固定位错。因此，松弛过程中的可动位错密度随时间延续将逐渐降低，变化关系可表示为双曲函数形式。由此提出将簧片应力衰退指标随时间变化关系的表达式改写为如下应力松弛故障物理模型：
Figure BDA0003395291290000051
ΔP＝P1-P0 (3)
其中，R为应力松弛率，A’和C均为与环境温度和材料组织相关的系统常数，P0为初始载荷应力,P1为根据试验测得的簧片发生应力松弛后的载荷应力，t为时间。
式(2)反应了簧片的应力松弛规律，要预测簧片在室温或工况下的松弛特性并进行服役寿命预测，需要利用加速模型进行外推。
伺服阀用簧片的应力松弛特征量R使用应力松弛率来规定，当应力松弛率作为失效判据时，应力松弛率值根据伺服阀用簧片产品的材料、功能等特征确定。例如，某型伺服阀用簧片在实际工作中为了保证阀套运动限位的功能，因此其最大变形为0.4mm。同时为了保证提供足够的驱动力，其应力松弛率应不大于4％。因此簧片的失效判据为应力松弛率不大于4％。
S2，应力松弛寿命试验载荷剖面设计。
根据对应力松弛故障物理模型(2)的需求分析，确定使用以温度与载荷为载荷剖面的应力松弛寿命试验。以温度、载荷作为载荷剖面的应力松弛寿命试验，一般要求应力水平数不少于3个。应力个数设置越多，则建立的应力松弛故障物理模型越精确，但同时试验样品数就会增加，试验周期和试验成本也就因此升高。由此本实施例中选定了5个不同温度、5个不同载荷作为应力水平，试验温度分别为338K、353K、368K、383K、408K，载荷分别为100N、150N、200N、250N、306N。考虑到样本差异性的影响，每组试验样件数选定为3个。由于影响因素只有2个，而水平数为5个，因此进行均匀试验设计。试验用簧片样件的自由长度存在一定公差，在进行应力松弛试验时，应尽量采用自由长度接近的簧片进行对比试验。表1为使用5个不同温度应力、5个不同载荷应力，每组试验样件数选定为3个的试验载荷剖面设计。
表1 试验载荷剖面设计
Figure BDA0003395291290000061
Figure BDA0003395291290000071
表1中每个试验序号都需要对3个试验样件进行试验，即进行3次相同试验载荷剖面的测试。
S3，搭建伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置。
针对簧片应力松弛寿命试验的需求，搭建了伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置，以实现试验的准确性、可靠性及延续重复性。该装置能够实现连续、带温、自动测量，保证试验测量精度和测量数据的可靠性。伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置如图2所示，至少包含以下几个部分：机架、高温试验箱、载荷调整装置、夹具、试验数据采集与记录装置。
其中机架1用于支撑高温试验箱、载荷调整装置、夹具和试验数据采集与记录装置。机架包括左右两个支撑腿、在两个支撑腿之间从上到下依次安装有上横杆11、水平台面12和下横杆13。
高温试验箱2用来控制簧片的环境温度，高温试验箱2为箱体结构，位于上横杆11和水平台面12之间，水平放置在机架的水平台面12上,可以有透明观察窗。高温试验箱2可以采用现有的高温烧结炉，本实例中使用了NBD-M1200高温烧结炉。该烧结炉的保温系统和控制模块各司其职，互不干扰，可保证加热元件及整个系统能够提供持续高温及安全可靠的稳定条件。加热元件采用了掺钼铁铬铝合金加热丝，炉膛采用进口氧化铝纤维保温耐火材料，加热元件与炉膛整体真空吸附成型，全纤维结构，三面加热，保温性能优越，可实现室温到1200℃的极限温度之间的调节，控温精度可达到±1℃。测温元件采用K型热电偶，通过热电偶测量温度与实际温度的比较结果,提高或者限制通过加热丝的加热电流进行温度控制。控制单元的操控模式为真彩触摸屏操控，智能模糊PID控制，图形操作界面，人机对话模式简单易行。操作界面可设置满足试验需求的时间-温度曲线，动态显示，实时监控。
夹具3用来固定簧片，如图3所示具体结构如下，包括上连杆31、下连杆32、第一圆台33、第二圆台34、第三圆台35以及两个支撑连杆36；第一圆台33和第二圆台34通过支撑连杆36连接，第一圆台33位于第二圆台34上部，两者平行，并且与支撑连杆36垂直。第一圆台中心预制通孔，第三圆台35与穿过第一圆台中心预制通孔的上连杆31下端相连接，第三圆台35与上连杆31下端采用可拆卸的方式连接，如螺纹或卡口；第三圆台35位于第一圆台33和第二圆台34之间，且与第一圆台33和第二圆台34平行，并且可以通过上连杆31在第一圆台33和第二圆台34之间上下移动，待测试的簧片样件安装在第一圆台和第三圆台之间。第二圆台底部预制凸台，凸台中心预制螺纹孔与下连杆的上端螺纹连接。上连杆下端与第三圆台相连接，从下向上垂直依次穿过第一圆台中心预制通孔、高温试验箱上部预制的安装孔，以及机架上横杆预制的安装孔。下连杆的上端与第二圆台底部预制凸台，并从上向下依次垂直穿过高温试验箱下部预制的安装孔，以及机架水平台面预制的安装孔并与机架的下横杆固定连接。夹具3的主体结构位于高温试验箱2内。
载荷调整装置4用于调节簧片试件的载荷应力，载荷调整装置在机架上横杆11的上部，与上连杆的上部连接，载荷调整装置通过调节与上连杆的固定位置来调节夹具的第三圆台35的上升或下降，即调节第三圆台与第一圆台之间的距离。本实例中载荷调整装置为六角螺母,通过螺纹与上连杆连接，通过旋转调整六角螺母与上连杆的相对位置来改变第一圆台和第三圆台的间距，以完成对簧片试件的载荷调整。
试验数据采集与记录装置5用于采集、记录和处理簧片试件在应力松弛寿命试验中的相关数据，包括推拉力传感器、数据采集卡和数据处理软件。推拉力传感器用来测量试验试件的载荷数据,载荷数据包括应力数据和位移数据，数据采集卡用来采集并收集推拉力传感器上的载荷数据，数据处理软件用来对采集到的载荷数据进行处理。试验数据采集与记录装置5使用三角支架安装在机架的下横杆13上。本实施例中推拉力传感器采用YHT-516型拉压力传感器，该传感器具有很高的精度、灵敏度、量程大且具有较强的抗过载能力。数据采集卡使用NI-9237数据采集卡，该数据采集卡具有24位分辨率，可同步完成4路输入，可达到50Ks/S的采样频率，兼容智能传感器，工作温度区间为-40℃～70℃，可完成高速数据采集的需求。数据处理软件使用NI LabVIEW软件系统为系统提供数据处理和用户操作界面，用户界面简洁易于操作，对试验数据可进行可视化处理。
S4，应力松弛寿命试验步骤，具体包括：
1)初次试验前需对高温试验箱、推拉力传感器、数据采集卡等各个试验装置进行标定，保证高温试验箱、推拉力传感器、数据采集卡等保持在稳定的工作状态，降低试验系统误差；
2)将簧片安装在夹具的第三圆台与第一圆台之间，调整簧片位置，保证簧片与夹具中的上连杆具有良好的对中性；
3)打开电源，在加载前将试验数据采集与记录装置中的数据采集卡所连接的数据记录软件清零，并设置合适的数据采集频率及数据保存路径。使用高温试验箱的控制面板进入设置页面，设置控温曲线，在温度-时间曲线中设定试验温升速度、试验温度及试验持续时间；
4)调节载荷调整装置对试验试件施加位移载荷，通过推拉力传感器的监测将载荷调整到设定的载荷应力值。启动高温试验箱开始按照步骤3)中设定要求开始加热，同时让试验数据采集与记录装置中的数据采集软件开始记录试验数据；采集的实验数据包括载荷应力数据和位移数据。
5)将簧片安装并固定在夹具上之后，由高温试验箱进行加热及保温，将温度维持在设定的温度值，记录试验过程中的数据。
6)当达到设定的试验时间后，保存数据采集软件中采集的试验数据，将试验数据导入试验数据采集与记录装置中的数据软件以便进行后期试验数据的处理与分析；本实施例中设定的试验时间为10小时。
7)观察高温试验箱控制面板中炉膛温度变化数据。
等待高温试验箱炉膛温度恢复至室温，方可打开高温试验箱炉门，卸载试验试件，安装新的试件重复步骤(2)-(7)进行下一个实验试件的试验。
S5，对试验数据进行处理，得到应力松弛故障物理模型。
将某一试验条件下测得的载荷应力数据带入式(2)和式(3)可求得该试验条件下的应力松弛故障物理模型的参数A’和C，得到该试验条件下的应力松弛故障物理模型，同样试验条件下簧片应力松弛率由该试验条件下各个簧片的应力松弛率的算术平均值得出。
根据簧片的失效判据设置的应力松弛率和应力松弛故障物理模型，就可对簧片的失效进行预测。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：
S1，确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理通用模型；伺服阀用簧片应力衰退指标随时间变化关系的表达式为如下应力松弛故障物理通用模型：
Figure FDA0003395291280000011
ΔP＝P1-P0 (3)
其中，R为应力松弛率，A’和C均为与环境温度和材料组织相关的系统常数，P0为初始载荷应力,P1为根据试验测得的簧片发生应力松弛后的载荷应力，t为时间；
当应力松弛率作为簧片失效判据时，应力松弛率值根据伺服阀用簧片产品的材料、功能特征确定；
S2，伺服阀用簧片应力松弛寿命试验载荷剖面设计；
根据对应力松弛故障物理模型的需求分析，确定使用以温度与载荷为载荷剖面的应力松弛寿命试验；
S3，搭建伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置；伺服阀用簧片应力松弛寿命试验装置能对簧片进行加热和施加载荷，并测量和采集簧片的载荷应力；
S4，伺服阀用簧片应力松弛寿命试验步骤，具体包括：
1)初次试验前需对高温试验箱、推拉力传感器、数据采集卡各个试验装置进行标定，保证高温试验箱、推拉力传感器、数据采集卡保持在稳定的工作状态，降低试验系统误差；
2)将簧片安装在夹具的第三圆台与第一圆台之间，调整簧片位置，保证簧片与夹具中的上连杆具有良好的对中性；
3)打开电源，在加载前将试验数据采集与记录装置中的数据采集卡所连接的数据记录软件清零，并设置合适的数据采集频率及数据保存路径；使用高温试验箱的控制面板进入设置页面，设置控温曲线，在温度-时间曲线中设定试验温升速度、试验温度及试验持续时间；
4)调节载荷调整装置对试验试件施加位移载荷，通过推拉力传感器的监测将载荷调整到设定的载荷应力值；启动高温试验箱开始按照步骤3)中设定要求开始加热，同时让试验数据采集与记录装置中的数据采集软件开始记录试验数据；采集的实验数据包括载荷应力数据和位移数据；
5)将簧片安装并固定在夹具上之后，由高温试验箱进行加热及保温，将温度维持在设定的温度值，记录试验过程中的数据；
6)当达到设定的试验时间后，保存数据采集软件中采集的试验数据，将试验数据导入试验数据采集与记录装置中的数据软件以便进行后期试验数据的处理与分析；
7)观察高温试验箱控制面板中炉膛温度变化数据；等待高温试验箱炉膛温度恢复至室温，方能打开高温试验箱炉门，卸载试验试件，安装新的试件重复步骤(2)-(7)进行下一个实验试件的试验；
S5，对试验数据进行处理，得到伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型；
将某一试验条件下测得的载荷应力数据带入式(2)和式(3)求得该试验条件下的应力松弛故障物理模型中的参数，确定了经试验数据修正后的伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型。
2.根据权利要求1所述的确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法，其特征在于：所述步骤S3中确定使用以温度与载荷为载荷剖面的应力松弛寿命试验具体为：
试验温度分别为338K、353K、368K、383K、408K，载荷分别为100N、150N、200N、250N、306N，每组试验样件数选定为3个。
3.根据权利要求1所述的确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法，其特征在于：所述步骤S2中作为失效判据的应力松弛率值设定为：
应力松弛率不大于4％。
4.一种确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的装置，其特征在于：其包括：机架、高温试验箱、载荷调整装置、夹具、试验数据采集与记录装置；
所述机架用于支撑高温试验箱、载荷调整装置、夹具和试验数据采集与记录装置，机架包括左右两个支撑腿、在两个支撑腿之间从上到下依次安装有上横杆、水平台面和下横杆；
所述高温试验箱用来控制簧片的环境温度，高温试验箱为箱体结构，位于上横杆和水平台面之间，水平放置在机架的水平台面上；
所述夹具用来固定簧片，其包括上连杆、下连杆、第一圆台、第二圆台、第三圆台以及两个支撑连杆；第一圆台和第二圆台通过支撑连杆连接，第一圆台位于第二圆台上部，两者平行，并且与支撑连杆垂直；第一圆台中心预制通孔，第三圆台与穿过第一圆台中心预制通孔的上连杆下端相连接，第三圆台与上连杆下端采用能拆卸的方式连接；第三圆台位于第一圆台和第二圆台之间，且与第一圆台和第二圆台平行，并且能通过上连杆在第一圆台和第二圆台之间上下移动，待测试的簧片样件安装在第一圆台和第三圆台之间；第二圆台底部预制凸台，凸台中心预制螺纹孔与下连杆的上端螺纹连接；上连杆下端与第三圆台相连接，从下向上垂直依次穿过第一圆台中心预制通孔、高温试验箱上部预制的通孔，以及机架上横杆预制的通孔；下连杆的上端与第二圆台底部预制凸台，并从上向下依次垂直穿过高温试验箱下部预制的通孔，以及机架水平台面预制的通孔并与机架的下横杆固定连接；
所述载荷调整装置用于调节簧片试件的载荷应力，载荷调整装置安装在机架上横杆的上部，与上连杆的上部连接，载荷调整装置通过调节与上连杆的固定位置来调节夹具的第三圆台的上升或下降，即调节第三圆台与第一圆台之间的距离；
所述试验数据采集与记录装置用于采集、记录和处理簧片试件在应力松弛寿命试验中的相关数据，包括推拉力传感器、数据采集卡和数据处理软件；推拉力传感器用来测量试验试件的载荷数据,数据采集卡用来采集并收集推拉力传感器上的载荷数据，数据处理软件用来对采集到的载荷数据进行处理。
5.根据权利要求4所述的确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的装置，其特征在于：
所述载荷调整装置为六角螺母,通过螺纹与上连杆连接，通过旋转调整六角螺母与上连杆的相对位置来改变第一圆台和第三圆台的间距，完成对簧片试件的载荷调整。
CN202111511716.4A 2021-12-06 2021-12-06 确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置 Pending CN114166652A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111511716.4A CN114166652A (zh) 2021-12-06 2021-12-06 确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111511716.4A CN114166652A (zh) 2021-12-06 2021-12-06 确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114166652A true CN114166652A (zh) 2022-03-11

Family

ID=80485626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111511716.4A Pending CN114166652A (zh) 2021-12-06 2021-12-06 确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114166652A (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102650582A (zh) * 2012-04-24 2012-08-29 北京航空航天大学 一种片状弹簧常温及高温应力松弛寿命预测的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102650582A (zh) * 2012-04-24 2012-08-29 北京航空航天大学 一种片状弹簧常温及高温应力松弛寿命预测的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王珂: "螺旋压缩弹簧应力松弛特性分析及服役寿命预测", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑, no. 8, pages 9 - 25 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109211684B (zh) 一种可实现自动精确加载的机械式高温蠕变试验机
KR100876138B1 (ko) 프로브 스테이션
Hartman et al. DC electric-potential method applied to thermal/mechanical fatigue crack growth
CN100468039C (zh) 一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法
CN205333692U (zh) 一种电阻率测试系统
CN114166652A (zh) 确定伺服阀用簧片应力松弛故障物理模型的方法和装置
CN104459411A (zh) 一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置及其应用
CN107505213B (zh) 一种新型小冲杆试验装置及其试验方法
CN107356707B (zh) 一种单式测定法快速工业分析仪
CN115046872B (zh) 一种疲劳裂纹实时测量方法
CN116381549A (zh) 一种电能表接线头检测装置
CN114279900B (zh) 力热磁环境下刀具功能表面真实润湿性的测试装置及方法
CN214097051U (zh) 一种基于图像识别技术的高效式沥青针入度测试装置
CN210090208U (zh) 一种用于缆线的耐性测试设备
Zhang et al. Short-hot-wire method for the measurement of the thermal conductivity of a fine fibre
CN1869641A (zh) 三元硅化物高温原位氧化的检测方法
CN114279946B (zh) 金属样品电化学监测应力腐蚀敏感性评价装置及方法
CN221039321U (zh) Fct测试设备
CN220039680U (zh) 一种用于水温传感器检测的测试夹具
CN110687442A (zh) 一种航空继电器触点状态测试装置及其测试方法
CN116359053B (zh) 一种多点测量的软材料压痕装置、系统及测试方法
CN109856195A (zh) 一种高通量液体电导率测量设备
US2729096A (en) Method for determining the fatigue endurance limit of solids, especially metals
EP3966548B1 (en) Wax tester
CN117723608B (zh) 基于电化学充氢试验的材料氢脆检测装置及方法

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