CN115078138A - 一种感应加热式微动疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种感应加热式微动疲劳试验装置及方法，涉及材料性能测试技术领域。该装置包括：夹持机构用于夹持微动疲劳试验件和垫块，垫块的一端抵顶在试验件的表面并将法向载荷传递于试验件上；加载机构与夹持机构连接，用于对试验件进行载荷加载；加热机构包括多组电感线圈和发热体，加热机构利用电感线圈对发热体进行加热，发热体通过热辐射为试验件提供高温环境。本公开提供的微动疲劳试验装置及方法可以防止垫块在载荷加载过程中随着试验件发生随动，并且防止试验过程中出现微动疲劳载荷偏心加载，同时基于电磁感应原理加热试验件，可以提高加热效率，减小试验所需的空间，并且便于对试验过程中微动疲劳试验件的损伤演化情况进行观测分析。

Description

一种感应加热式微动疲劳试验装置及方法

技术领域

本公开涉及材料性能测试技术领域，具体而言，涉及一种感应加热式微动疲劳试验装置及方法。

背景技术

微动疲劳是指构件在循环载荷的作用下，相互配合部件发生小振幅相对滑动而导致结构疲劳强度降低或早期断裂的现象。在机械行业大量使用铆接、销轴连接、榫连接等紧密配合结构，这些紧密配合结构在交变载荷作用下极易发生微动疲劳失效，降低了构件的使用寿命，严重影响构件的安全使用，因此微动疲劳损伤也被称为“工业癌症”。微动疲劳涉及到力学、材料、传热、摩擦等多个学科，其损伤过程异常复杂，需要借助高精度的试验设备才能准确揭示不同因素对材料及结构微动疲劳的影响规律。

在微动疲劳试验研究方面，现有的试验方法和装置大多是对常规单轴疲劳试验系统的简易改造，缺乏对微动疲劳载荷的有效控制和监测，尤其是在高温条件下，微动疲劳载荷的控制精度较差，试验过程中可获取的数据信息较少，难以准确获取微动疲劳过程中相对滑移、切向力等对微动疲劳损伤的影响规律。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种感应加热式微动疲劳试验装置及方法。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供了一种感应加热式微动疲劳试验装置，包括：

夹持机构，用于夹持微动疲劳试验件和垫块，所述垫块的一端抵顶在所述微动疲劳试验件的表面，所述垫块用于将法向载荷传递于所述微动疲劳试验件上；

加载机构，所述加载机构与所述夹持机构连接，所述加载机构用于对所述微动疲劳试验件施加载荷；

加热机构，所述加热机构包括多组电感线圈和发热体，所述加热机构通过所述电感线圈对发热体进行加热，所述发热体通过热辐射为所述微动疲劳试验件提供高温环境。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述垫块具有楔形结构固定端和接触端，所述固定端与所述夹持机构通过楔形结构连接，所述接触端与所述微动疲劳试验件的表面相抵顶。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述加载机构包括法向加载组件，所述法向加载组件包括垫块夹持器、滑板、推杆和伺服作动器，所述垫块夹持器上设置有楔形通孔，所述垫块楔形结构固定端与所述楔形通孔连接，所述垫块夹持器与所述滑板的第一面连接，所述推杆与所述滑板的第二面相连，所述伺服作动器通过推动所述推杆对所述微动疲劳试验件施加法向载荷。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述法向加载组件还包括固定背板和滑轨，所述固定背板上设置有通孔，所述推杆通过所述通孔穿设于所述固定背板，所述固定背板上固定有多条滑轨，所述滑板通过所述多条滑轨进行滑动。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述加载机构包括轴向加载组件，所述轴向加载组件包括轴向加载夹具、液压夹头和轴向载荷控制系统，所述微动疲劳试验件通过所述轴向加载夹具与轴向载荷控制系统连接，所述轴向载荷控制系统通过所述轴向夹具所述微动疲劳试验件加载轴向载荷。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述垫块夹持器上设置有冷却结构，所述冷却结构通过冷却介质对所述垫块夹持器进行冷却。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述多组电感线圈和所述发热体设置于所述微动疲劳试验件的周向位置。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述微动疲劳试验装置还包括固定组件，所述固定组件包括横梁、多个立柱和水平基板，

所述横梁、所述水平基板与轴向载荷控制系统通过所述多个立柱依次连接，所述水平基板上设置有通孔，所述夹持机构通过所述通孔穿设于所述水平基板，法向加载组件设置于所述水平基板上。

根据本公开的另一个方面，提供了一种微动疲劳试验方法，该方法应用于上述微动疲劳试验装置，该方法包括：

通过电感线圈对发热体进行加热，所述发热体通过热辐射对微动疲劳试验件进行加热，在加热温度达到预设温度值时，保持所述微动疲劳试验件的加热温度为预设温度值一定时间；

对所述微动疲劳试验件和垫块施加法向载荷，记录所述微动疲劳试验件的法向载荷与所述垫块的法向位移，并根据所述法向载荷与所述位移的比值以及所述法向载荷与预设载荷值的偏差值控制所述法向载荷，使所述法向载荷具有良好的对称性和稳定性；

在所述法向载荷达到预设载荷值时，保持所述微动疲劳试验件的法向载荷为预设载荷值，并对所述微动疲劳试验件循环施加轴向疲劳载荷；

在所述微动疲劳试验件断裂失效时，确定所述微动疲劳试验件断裂时所述轴向疲劳载荷的循环次数，得到所述微动疲劳试验件的微动疲劳寿命。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，在对所述微动疲劳试验件和垫块施加法向载荷之前，所述方法还包括：

对所述微动疲劳试验件施加轴向预载荷，确定所述微动疲劳试验件的初始位置；

根据所述初始位置、所述微动疲劳试验件与所述垫块的初始接触载荷，对所述微动疲劳试验件与所述垫块的法向接触状态进行初始化。

本公开一方面提供了一种感应加热式微动疲劳试验装置，该装置采用电感线圈对发热体进行加热，可以实现对微动疲劳试验件在较小的空间内进行加热，在保证微动疲劳试验件处于试验要求的高温环境的同时可以保证微动疲劳试验的试验精度；

其次，本公开提供了一种加载机构，通过楔形垫块和垫块夹持器的楔形通孔相配合，可以保证垫块在法向载荷的作用下与垫块夹持器实现刚性连接，防止微动疲劳垫块在载荷加载过程中与微动疲劳试验件发生随动，提高了微动疲劳试验的精度；

本公开的另一方面提供了一种感应加热式微动疲劳试验方法，一方面，该方法保证了微动疲劳试验件在加载过程中处于位移许可值和载荷许可值的范围内，在试验过程中微动疲劳试验件不会出现偏心加载现象；

另一方面，该方法通过对微动疲劳试验件进行法向对称载荷和轴向交变载荷的加载，提高了微动疲劳试验的载荷加载精度和位移测量精度，可以保证微动疲劳试验在高精度的试验条件下进行，提高了试验结果的精确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的局部装配示意图。

图2为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的局部剖面图。

图3为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的整体示意图。

图4为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的夹持机构示意图。

图5为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的试验件载荷加载示意图。

图6为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的垫块夹持器结构示意图。

图7为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的垫块夹持器与垫块连接结构剖面图。

图8为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的加热机构示意图。

图9为本公开示例性实施例中的一种微动疲劳试验方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：夹持机构；

11：第一夹具；111：第一卡槽；

112：第一夹持端；113：第一冷却环；

12：第二夹具；121：第二卡槽；

122：第二夹持端；123：第二冷却环；

211：电感线圈；212：发热体；

2：垫块；

2211：第一垫块；2212：第二垫块；

22111：第一垫块体；22112：第一垫块头；

2221：第一垫块夹持器；2222：第二垫块夹持器；

2231：第一滑板；2232：第二滑板；

2241：第一固定背板；2242：第二固定背板；

2251：第一推杆；2252：第二推杆；

2261：第一伺服作动器；2262：第二伺服作动器；

227：滑轨；

231：横梁；232：立柱；233：水平基板；

4：微动疲劳试验件；

5：轴向载荷控制系统；

6：液压夹头；

61：第一液压夹头；62：第二液压夹头；

7：轴向载荷位移传感器；

8：冷却孔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便。用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开提供了一种感应加热式微动疲劳试验装置，图1为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的局部装配示意图，如图1所示，该微动疲劳试验装置包括：夹持机构、加载机构和加热机构。

在一些实施例中，发明人提供了一种高温微动疲劳试验装夹及加载装置，在所述装置中，利用高温炉为试验提供高温环境，但在载荷加载的过程中需要利用悬臂梁结构伸入进高温炉内进行对试验件施加载荷，在疲劳载荷的作用下，悬臂梁会随着试验件发生随动，无法保证微动疲劳试验的试验精度。

在一些实施例中，发明人提供了一种微动疲劳加载装置，此装置同样采用高温炉对试验件进行高温加热，同时此装置采用加载环对试验件施加加载载荷，此装置虽然可以对试验件施加法向载荷，但载荷的控制能力较差，试验过程中无法进行控制。因此，本公开提供了一种感应加热式微动疲劳试验装置，可保证加载载荷的稳定性，同时提高微动疲劳试验的精度。

其中，夹持机构用于夹持微动疲劳试验件4。

如图4所示，图4为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的夹持机构示意图，在本实施例中，所述夹持机构包括第一夹具11和第二夹具12，所述第一夹具11与所述第二夹具12相对设置。第一夹具11包括第一卡槽111、第一夹持端112、第一冷却环113，所述第一卡槽111用于夹持微动疲劳试验件。所述第二夹具12与所述第一夹具11的结构相同，此处不再赘述。

第一冷却环113和第二冷却环123为空心结构，可以在第一冷却环113和第二冷却环123中注入循环冷却介质，在试验过程中对轴向加载机构进行循环冷却，可保证轴向加载机构的正常运行。

进一步地，第一夹持端112和第二夹持端122可以为矩形板状结构，相对应的第一冷却环113和第二冷却环123适应的调整为适应于矩形板状结构的环状；第一夹持端112和第二夹持端122可以为圆柱结构，相对应的第一冷却环113和第二冷却环123适应的调整为适应于圆柱结构的环状，本公开对第一夹持端112和第二夹持端122的形状不做具体限定，需要满足微动疲劳试验的强度和装配需要。

需要说明的是，本实施例中的轴向夹具卡槽适用于多种尺寸的试验件，本实施例中轴向夹具卡槽适用于平板件，若所述试验件为圆柱形或其它形状，可以将轴向夹具卡槽替换为相应的适用于试验件外形的卡槽，本公开提供的夹持机构适用于多种试验件形状和尺寸，本公开不做具体限定。

本公开提供的夹持机构，可以夹持固定多种尺寸的试验件，为微动疲劳试验提供了稳定的夹持条件。

其中，所述试验件包括微动疲劳试验件4和垫块，微动疲劳试验件4位于两个垫块之间，微动疲劳试验件4的表面与两个垫块的头部的表面互相接触且抵顶，实现垫块将法向载荷传递至微动疲劳试验件上。

其中，微动疲劳试验装置包括加热机构、加载机构和夹持机构，所述加载机构与所述夹持机构连接，所述加热机构设置于所述微动疲劳试验件4周围。

在一些实施例中，如图8所示，加热机构包括多组电感线圈211，多组电感线圈211设置于微动疲劳试验件4的周向位置，多组电感线圈211可以对发热体212进行加热，进而为微动疲劳试验件4提供稳定的高温试验环境。

电感线圈211与发热体212组合使用，其的数量可以为两个，两个电感线圈前后对称地设置在微动疲劳试验件4于微动疲劳垫块的接触区域，两个电感线圈可以为微动疲劳试验件4提供试验所需的温度环境。进一步地，电感线圈211的数量也可以为4个或6个等，电感线圈的数量需要满足微动疲劳试验的试验件的加热条件，保证试验件的均匀受热。本公开对电感线圈的数量不做具体限定。

电感线圈211与发热体212可以固定在水平基板233上，安装位置可以根据试验件的位置进行调节。

发热体212套设在感应线圈211中，发热体211需适配于感应线圈211的尺寸，感应线圈211通过高频感应电流形成强磁场，从而在发热体212内形成电流，进而可以让发热体212产生大量热量，发热体212被加热后，通过热辐射将热量传递给试验件，从而为试验件提供高温环境。

发热体211可以是金属材料，例如铁棒、铜棒或者钨棒等，但也可以是其它可以适配于感应线圈同时可以发热的材料，可以根据试验的具体要求进行选择，本公开不做具体限定。

本公开提供的电感线圈通过对发热体进行加热，发热体通过热辐射为试验件提供高温环境，在有效地保证试验加热条件的同时可以大大的节约试验所需空间。

在一些实施例中，加载机构包括法向加载组件。

如图1所示，所述法向加载机构包括垫块夹持器、滑板、滑轨、固定背板、推杆和伺服作动器。

所述垫块夹持在法向加载机构的垫块夹持器上，具体的，垫块包括第一垫块2211和第二垫块2212，所述垫块夹持器包括第一垫块夹持器2221和第二垫块夹持器2222，所述滑板包括第一滑板2231和第二滑板2232，所述所述固定背板包括第一固定背板2241和第二固定背板2242，所述推杆包括第一推杆2251和第二推杆2252，所述伺服作动器包括第一伺服作动器2261和第二伺服作动器2262，滑轨227的数量为多个。

第一垫块2211和第二垫块2212分别于微动疲劳试验件4的试验部分的两侧相对设置，第一垫块2211位于第一垫块夹持器2221的楔形孔内，第二垫块2212位于第二垫块夹持器2222的楔形孔内，第一垫块夹持器2221与第一滑板2231连接，第二垫块夹持器2222与第二滑板2232连接，第一滑板2231与第二滑板2232上分别设置有与滑轨227数量相等的通孔，滑轨227的第一端穿过第一滑板2231，滑轨227的第二端穿过第二滑板2232，第一滑板2231与第二滑板2232通过滑动轴承与滑轨227进行装配，使得第一滑板2231与第二滑板2232可以在滑轨227上沿着法向方向进行滑动。

需要说明的是，第一垫块夹持器2221与第一滑板2231连接，第二垫块夹持器2222与第二滑板2232连接，连接方式可以是螺纹连接，也可以是焊接或铆接，连接方式需要满足本公开的试验装置的连接需求，本公开不做具体限定。

第一固定背板2241和第二固定背板2242可以采用L型或T型或其他结构形式，其目的在于将固定背板2241和固定背板2242约束在水平基板上，这里不做限定。该结构上设置有与滑轨227数量相同的定位孔，滑轨227的第一端穿过第一固定背板2241的定位孔后进行固定设置，滑轨227的第二端穿过第二固定背板2242的定位孔后进行固定设置。此外，第一固定背板2241和第二固定背板2242上还分别设置有中心孔，第一推杆2251通过中心孔与第一固定背板2241进行连接，第二推杆2252通过中心孔与第二固定背板2242进行连接，推杆与固定背板采用滑动轴承配合装配，推杆可以在固定背板的通孔中移动。

第一推杆2251的第一端与第一滑板2231的中心连接，第一推杆2251的第二端与第一伺服作动器2261连接，第二推杆2252的第一端与第二滑板2232的中心连接，第二推杆2252的第二端与第二伺服作动器2262连接。上述连接方式可以是螺纹连接，也可以是其它的连接方式，但连接方式的选择均需要满足微动疲劳试验的强度和精度的要求，本公开不做具体限定。

图2为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的局部剖面图，如图2所示，结合图1，在微动疲劳试验件4需要加载法向载荷时，第一伺服作动器2261和第二伺服作动器2262分别同时提供一个法向载荷，两个法向载荷大小相等、方向相反，均作用于推杆，第一伺服作动器2261的加载载荷通过第一推杆2251推动第一滑板2231在滑轨227上进行滑动，同时第一滑板2231带动着第一垫块夹持器2221与第一垫块2211进行法向移动，向试验件4施加一侧的法向载荷，同理，另一侧的法向载荷的施加同上述所述，此处不再赘述。

需要说明的是，法向加载组件对试验件加载的载荷为对称相等额定载荷，该额定值可以根据实际试验需求设定，并且该法向载荷的大小也是可以进行调节的，本公开不做具体限定。

本公开提供的法向加载组件可以对试验件进行对称额定加载载荷值的加载，在法向载荷加载的过程中，不会出现偏心加载的情况，提高了试验的加载精度。

在一些实施例中，加载机构包括轴向加载组件。

图3为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的整体示意图，如图3所示，所述轴向加载组件包括轴向载荷控制系统5和液压夹头6、轴向加载夹具，其中，液压夹头包括第一液压夹头61和第二液压夹头62。

轴向载荷控制系统5固定于水平地面或水平装置上，轴向载荷控制系统5连接在第二液压夹头26的第一端上，第二液压夹头62的第二端连接在夹持机构1上，具体地，第二液压夹头62的第二端连接在夹持机构1中的第二夹具12的第二夹持端122上，第一液压夹头61的第一端连接在夹持机构1中的第一夹具11的第一夹持端112上，第一液压夹头61的第二端连接在固定组件23上。

在试验件需要加载轴向载荷时，轴向载荷控制系统5首先通过液压夹头对微动疲劳试验件4施加一个预加轴向载荷，使微动疲劳试验件4在试验过程中预先固定在一稳定位置上，防止微动疲劳试验件4在加载过程中发生移动。在微动疲劳试验件4的法向载荷加载完毕后，对试验件4本体通过轴向载荷控制系统5施加交变轴向载荷。

轴向加载夹具上设置有冷却结构，冷却结构可以是冷却孔，冷却介质通过冷却孔对轴向加载夹具进行冷却，但是本公开的轴向加载夹具上的冷却结构不限于冷却孔的形式，也可以是其它形式的冷却结构，需满足本公开的轴向加载夹具的冷却作用即可。

需要说明的是，本公开中的液压夹头的数量可以是两个或者多个，液压夹头的结构形式可以是平面型或楔形或其他形式，液压夹头的具体数量和结构形式根据微动疲劳试验件的结构或实际使用需要设定，本公开不做具体限定。

本公开提供的轴向加载组件通过轴向载荷控制系统和液压夹头的设置，可以对试验件进行交变轴向载荷的加载，可以保证试验的精度要求。

在一些实施例中，该感应加热式微动疲劳试验装置还包括固定组件，所述固定组件包括横梁231、多个立柱232和水平基板233。

在横梁231和水平基板233设置有数量相等、位置对应的通孔，多个立柱232从上至下一次连接横梁231、水平基板233和轴向载荷控制系统5，并且横梁231、水平基板233与轴向载荷控制系统5相互平行设置，但并不限于平行设置，上述相对位置可以根据试验需求进行调节。此外，法向加载组件中的第一固定背板与第二固定背板中与微动疲劳试验件垂直的一面固定在水平基板233上，实现了法向加载组件在固定组件上的固定安装。

在水平基板233的中心部位设置有可容许夹持机构通过的通孔，水平基板233的位置可以调节，从而保证微动疲劳试验件的试验部位与垫块相配合。

同时，轴向加载组件中的第一液压夹头61的第二端连接在横梁231上，液压夹头61与液压夹头62共线，从而保证轴向载荷方向与微动疲劳试验件轴线方向一致。

需要说明的是，本公开中的横梁231是可移动横梁，具体位置可以根据实际试验需要确定；本公开中的水平基板233可以根据试验需求进行上下调节，本公开对横梁和水平基板的位置不做固定要求，可根据实际试验需要进行位置调节。

本公开提供的固定组件可以对轴向加载组件和法向加载组件进行固定连接，易于安装和位置调节。

本公开提供的感应加热式微动疲劳试验装置还包括载荷控制系统，所述载荷控制系统包括轴向载荷位移传感器7和伺服作动器，其中，伺服作动器包括第一伺服作动器2261和第二伺服作动器2262。

轴向载荷位移传感器7设置于夹持机构1上，轴向载荷位移传感器7可用于监测和记录对微动疲劳试验件施加的轴向载荷的大小，同时可以监测和记录微动疲劳试验件在轴向方向上的位移。

法向伺服作动器固定于固定组件中的水平基板上，伺服作动器在对微动疲劳试验件施加法向载荷的同时可以记录试验件所受的法向载荷的大小以及试验件在法向方向上的位移。

本公开提供的载荷测量控制系统可以精确的检测和记录试验件所受的法向载荷和轴向载荷的大小以及试验件在法向和轴向位置上的位移，可以对微动疲劳载荷进行精确控制。

图6为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的垫块夹持器结构示意图，图7为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验装置的垫块夹持器与垫块连接装置剖面图，结合图6和图7所示，

所述垫块包括第一垫块2211和第二垫块2212，以第一垫块2211为例，第一垫块2211包括第一楔形结构固定端22112和第一接触端22111，第一楔形结构固定端22112具有楔形结构，第一垫块夹持器2221内设置楔形通孔，第一楔形结构固定端22112的楔形结构与第一垫块夹持器2221的楔形孔通过过盈配合，使第一楔形结构固定端22112固定在楔形孔内部。第一接触端22111作用于微动疲劳试验件的表面，从而对试验件施加法向载荷。第二垫块2212与上述第一垫块2211的结构、连接关系和作用原理是相同的，此处不再赘述。

在试验过程中，垫块的楔形结构与夹持器的楔形孔进行过盈配合，在试验结束后或需要更换垫块时，可以通过垫块夹持器的楔形孔将垫块从楔形孔中顶出后进行更换。

需要说明的是，垫块的尺寸与微动疲劳试验件的接触面的尺寸及结构形式可根据试验的实际需求进行设计和更改。在一些实施例中，垫块夹持器上设置有冷却孔8，冷却介质可以通过冷却孔8对法向加载组件进行冷却。

需要说明的是，冷却孔8的数量可以是多个，具体的数量和在垫块夹持器上的布置位置根据实际试验需求而定，本公开不做具体限定。

本公开提供的一种垫块和垫块夹持器及其配合结构，可以实现对微动疲劳试验件的法向载荷的加载稳定性，并且使用此结构对试验件进行法向载荷加载，并且在试验过程中保证垫块不会发生随动。

图9为本公开示例性实施例中的一种感应加热式微动疲劳试验方法的流程图，本公开提供了一种微动疲劳试验方法，包括：

S101：对微动疲劳试验件施加轴向预载荷，确定所述微动疲劳试验件的初始位置；

S102：根据所述初始位置、所述微动疲劳试验件与垫块的初始接触载荷，对所述微动疲劳试验件与所述垫块的法向接触状态进行初始化；

S103：通过电感线圈对发热体进行加热，所述发热体通过热辐射对所述微动疲劳试验件进行加热，在加热温度达到预设温度值时，保持所述微动疲劳试验件的加热温度为预设温度值一定时间；

S104：对微动疲劳试验件和垫块施加法向载荷，记录所述微动疲劳试验件的法向载荷与所述垫块的位移，并根据所述法向载荷与所述位移的比值以及法向载荷与预设值的偏差值控制所述法向载荷；

S105：在所述法向载荷达到预设载荷值时，保持所述微动疲劳试验件的法向载荷为预设载荷值，并对所述微动疲劳试验件循环施加轴向疲劳载荷；

S106：在所述微动疲劳试验件断裂失效时，确定所述微动疲劳试验件的所述轴向疲劳载荷的循环次数，得到所述微动疲劳试验件的微动疲劳寿命。

在一些实施例中，结合图5，将微动疲劳试验件的轴向一端固定，试验件的两侧分别与垫块接触，通过垫块对试验件施加法向载荷P1和P2，使得垫块与微动疲劳试验件之间发生挤压，同时垫块发生微小的位移U1和U2，再对试验件轴向的另一端施加轴向交变载荷F1，在F1的作用下，微动疲劳试验件与垫块会发生微动，从而模拟微动疲劳试验件的微动疲劳损伤状态。

在一些具体的实施例中，首先通过轴向加载组件对微动疲劳试验件进行轴向载荷的预加载，保证试验件初始轴向受载，同时通过电感线圈对发热体进行加热，进而为试验件提供高温条件；

其次，法向加载组件推动垫块抵顶在微动疲劳试验件的上，当法向载荷将要发生变化时初始化当前法向载荷和位移为0后，继续对微动疲劳试验件加载法向载荷，并记录微动疲劳试验件两侧的法向载荷值为P1和P2，同时记录法向加载过程中微动疲劳试验件两侧的位移为U1和U2，同时定义法向载荷对称指示因子为ε1，定义法向载荷误差稳定性指示因子为ε2，ε2包含ε21和ε22，其中：

ε21＝|P1-P0|

ε22＝|P2-P0|

其中，P0为法向载荷的额定值。

当ε1<k1时，则法向载荷加载过程中法向载荷对称性良好，其中，k1为法向载荷对称性指示因子许可值。当(ε21,ε22)<k2，可保证加载过程中法向载荷的稳定性，其中，k2为法向载荷稳定性指示因子许可值。

将k1、k2作为反馈信号控制法向载荷的加载，则可以保证法向载荷在加载过程中的对称性，其中，k1、k2根据试验件材料的力学性能来确定具体数值。

根据上述数值可确定法向对称指示因子许可值和法向载荷误差稳定性指示因子许可值。

再次，在法向载荷确定了法向对称许可载荷值后，对微动疲劳试验件施加轴向载荷，其中，轴向载荷为交变载荷，轴向载荷可以根据试验需要设计载荷谱，交变载荷的载荷谱波形可为三角波形或矩形波形或正弦波形或其他波形等，本公开对轴向交变载荷的类型不做具体限定。

在对试验件施加轴向交变载荷时，可以使法向载荷保持在法向对称许可载荷值，也可以改变法向载荷，可以通过控制ε2的值来控制法向载荷的加载，也可根据实际试验需求确定法向载荷的变化。

根据上述步骤，通过记录微动疲劳试验件疲劳载荷的循环次数，当微动疲劳试验件发生结构失效时，记录疲劳载荷的循环次数，从而确定出微动疲劳试验件的微动疲劳寿命。

本公开提供的感应加热式微动疲劳试验方法，通过对微动疲劳试验件进行法向对称载荷和轴向交变载荷的加载，提高了微动疲劳试验的载荷加载精度和位移测量精度，可以保证微动疲劳试验的载荷控制精度。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中感应加热式微动疲劳试验方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，包括：

夹持机构，用于夹持微动疲劳试验件和垫块，所述垫块的一端抵顶在所述微动疲劳试验件的表面，所述垫块用于将法向载荷传递于所述微动疲劳试验件上；

加载机构，所述加载机构与所述夹持机构连接，所述加载机构用于对所述微动疲劳试验件进行载荷加载；

加热机构，所述加热机构包括多组电感线圈和发热体，所述加热机构通过所述电感线圈对发热体进行加热，所述发热体通过热辐射为所述微动疲劳试验件提供高温环境。

2.根据权利要求1所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述垫块具有楔形结构固定端和接触端，所述固定端与所述夹持机构通过楔形结构连接，所述接触端与所述微动疲劳试验件的表面相抵顶。

3.根据权利要求2所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述加载机构包括法向加载组件，所述法向加载组件包括垫块夹持器、滑板、推杆和伺服作动器，所述垫块夹持器上设置有楔形通孔，所述垫块楔形结构固定端与所述楔形通孔连接，所述垫块夹持器与所述滑板的第一面连接，所述推杆与所述滑板的第二面相连，所述伺服作动器通过推动所述推杆对所述微动疲劳试验件施加法向载荷。

4.根据权利要求3所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述法向加载组件还包括固定背板和滑轨，所述固定背板上设置有通孔，所述推杆通过所述通孔穿设于所述固定背板，所述固定背板上固定有多条滑轨，所述滑板通过所述多条滑轨进行滑动。

5.根据权利要求1所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述加载机构包括轴向加载组件，所述轴向加载组件包括轴向加载夹具、液压夹头和轴向载荷控制系统，所述微动疲劳试验件通过所述轴向加载夹具与轴向载荷控制系统连接，所述轴向载荷控制系统通过所述轴向夹具所述微动疲劳试验件加载轴向载荷。

6.根据权利要求3所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述垫块夹持器上设置有冷却结构，所述冷却结构通过冷却介质对所述垫块夹持器进行冷却。

7.根据权利要求1所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述多组电感线圈和所述发热体设置于所述微动疲劳试验件的周向位置。

8.根据权利要求1所述的感应加热式微动疲劳试验装置，其特征在于，

所述微动疲劳试验装置还包括固定组件，所述固定组件包括横梁、多个立柱和水平基板，

所述横梁、所述水平基板与轴向载荷控制系统通过所述多个立柱依次连接，所述水平基板上设置有通孔，所述夹持机构通过所述通孔穿设于所述水平基板，法向加载组件设置于所述水平基板上。

9.一种感应加热式微动疲劳试验方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-8任一项所述的感应加热式微动疲劳试验装置，所述方法包括：

通过电感线圈对发热体进行加热，所述发热体通过热辐射对微动疲劳试验件进行加热，在加热温度达到预设温度值时，保持所述微动疲劳试验件的加热温度为预设温度值一定时间；

对所述微动疲劳试验件和垫块施加法向载荷，记录所述微动疲劳试验件的法向载荷与所述垫块的法向位移，并根据所述法向载荷与所述位移的比值以及所述法向载荷与预设载荷值的偏差值控制所述法向载荷，使所述法向载荷具有良好的对称性和稳定性；

在所述法向载荷达到预设载荷值时，保持所述微动疲劳试验件的法向载荷为预设载荷值，并对所述微动疲劳试验件循环施加轴向疲劳载荷；

在所述微动疲劳试验件断裂失效时，确定所述微动疲劳试验件断裂时所述轴向疲劳载荷的循环次数，得到所述微动疲劳试验件的微动疲劳寿命。

10.根据权利要求9所述的感应加热式微动疲劳试验方法，其特征在于，

在对所述微动疲劳试验件和垫块施加法向载荷之前，所述方法还包括：

对所述微动疲劳试验件施加轴向预载荷，确定所述微动疲劳试验件的初始位置；

根据所述初始位置、所述微动疲劳试验件与所述垫块的初始接触载荷，对所述微动疲劳试验件与所述垫块的法向接触状态进行初始化。

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