CN115165534A - 一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置和方法 - Google Patents

一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置和方法，所述的疲劳曲线测定装置包括架体、三爪卡盘、尾座、电磁力加载组件、电源控制模块、示波器、应变传感器，本发明提供的测量装置操作简单便捷；依据共振和电磁力的原理，利用计算机技术，可直接计算出初次试验所需要接通的电流幅值，可根据实际工况条件下试件承受载荷的波形和频率调整试验加载的载荷和频率，即可控制试件固有频率大小，使试验结果更接近实际工况，得到的数据更符合实际情况；使用应变片传感器直接得到应力图，结果更加准确；本发明在原理控制、数据处理和结果精确度方面都有较大的提升，进一步提高了数据的可信度。

Description

一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置和方法
技术领域
本发明涉及材料疲劳性能试验机领域，特别涉及一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置和测定方法。
背景技术
金属材料的疲劳现象对于产品的性能具有较大影响，为了检测金属材料的疲劳性能而研发出疲劳试验机，疲劳试验机是一种主要用于测定金属及其合金材料在室温状态下的拉伸、压缩、弯曲或复合交变载荷的疲劳特性、疲劳寿命等疲劳性能试验的机器。现有的疲劳试验机通常使用的机械、液压和电机加载，载荷冲击大，噪声强，还存在由于受到空间限制使载荷不易加载在危险截面等问题，而目前使用电磁力作为加载方式的疲劳试验机也存在一些问题，例如由于控制原理层面的不足而使测定过程较为繁琐，无法控制共振发生的方式，无法避免的系统误差导致测量结果不精确等。
发明内容
为了提高使用电磁力作为加载方式的疲劳试验机的使用效率、精确度和数据的可信度，本发明提供一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置和方法，所述的疲劳曲线测定装置包括架体、三爪卡盘、尾座、电磁力加载组件、电源控制模块、示波器、应变传感器，所述的架体上部设有尾座滑轨，两侧分别设有侧滑轨；三爪卡盘设在架体的一端，尾座设在尾座滑轨上，与尾座滑轨滑动连接，三爪卡盘与尾座相对设置，被测试件固定在三爪卡盘与尾座之间；两组电磁力加载组件分别设在架体两侧的侧滑轨上，与侧滑轨滑动连接，两组电磁力加载组件的励磁线圈相对设置，位于被测试件的两侧；电源控制模块、示波器设在架体的一端，电磁力加载组件通过导线与电源控制模块相连；应变传感器设在被测试件上，并通过导线与示波器相连。
所述的电磁力加载组件包括组件本体、滑块、固定阀、铁芯和励磁线圈，组件本体的下端分别设有滑块和固定阀，通过滑块与架体两侧的侧滑轨滑动连接，通过旋拧固定阀将电磁力加载组件固定在侧滑轨上；铁芯设在组件本体上部的一侧，励磁线圈绕设在铁芯上；励磁线圈通过导线与电源控制模块的电源正负极相连。
所述的固定阀内部为锁紧螺钉，锁紧螺钉横穿组件本体，从滑块端穿出；旋转固定阀使锁紧螺钉穿过滑块，抵接在侧滑轨上，使电磁力加载组件位置固定。电磁力加载组件的滑块上设有阻尼孔，架体的侧滑轨旁设有阻尼丝杠，阻尼孔套设在阻尼丝杠上，作用是给电磁力加载组件一定的滑动摩擦阻力，使电磁力加载组件的移动更平稳。
尾座的下部设有滑动座，尾座滑轨为T型滑轨，尾座通过下部的滑动座与尾座滑轨滑动连接。
所述的电源控制模块包括电源、电源控制芯片、电流幅值显示屏、电流波形显示屏、电流幅值调节钮、电流波形调节钮、电流信号输出键和电源正负极，电流幅值显示屏、电流波形显示屏、电流幅值调节钮、电流波形调节钮、电流信号输出键分别与电源控制芯片相连，可调节电源输出电流幅值大小和输出波形；电源控制芯片与电源相连，电源正负极与电源相连。
所述的应变传感器包括四个等阻值的应变片，四个应变片采用桥式电路(即电桥)全桥接法在被测试件表面进行布置。
本发明应用上述一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置进行测定的方法如下：
(1)试验前数据准备：查询被测试件应用工况的载荷频率和载荷波形，测量试件弹性模量E，根据式：
Figure BDA0003733243220000031
将已知工况下该种试件材料制造的零件承受载荷的固有频率代入式中的ωr,则可解出一定的Iz与L的组合，或者将已有试件的其中一个量代入，可解出另一个量的数值；选择试件长度L以及试件截面尺寸并记录；式中，ωr为固有频率,单位为rad/s；r为固有频率的阶数；E为材料的弹性模量，单位为MPa；L为被测试件长度，单位为m；m为单位长度梁的质量，单位为kg/m；IZ为试件截面的惯性矩，单位为m4；
预备一定数目满足上式的待测试件，运用式：
Figure BDA0003733243220000032
估算需要电流幅值I的大小；式中，σb为静载下的强度极限(若是塑性材料则为屈服极限)，单位为MPa；W为抗弯截面系数，单位为m3；b为气隙长度；μ0为真空磁导率；S0为空气隙面积；N为励磁线圈的匝数；x为施力位置坐标值，单位为m，此处取
Figure BDA0003733243220000033
(2)安装被测试件：移动尾座在尾座滑轨上的位置，在三爪卡盘和尾座之间安装被测试件，通过旋拧三爪卡盘的锁紧孔和旋紧尾座上的锁紧阀来安装并夹紧被测试件；
(3)调整电磁力加载组件的位置：通过调整电磁力加载组件在侧滑轨上的位置，使电磁力加载组件的励磁线圈位置处于被测试件
Figure BDA0003733243220000034
处，并通过旋紧固定阀固定电磁力加载组件的位置，将电磁力加载组件的导线连接至电源控制模块的正负极接口；
(4)布置应变传感器：运用式：
Figure BDA0003733243220000041
计算第一个峰值点的坐标，将应变传感器四个应变片采用桥式电路(即电桥)全桥接法安装在被测试件表面上的第一个峰值点处，将应变传感器输出电压两端的接线柱与示波器的数据接口相连，实现电压信号的传输；应变传感器电桥平衡条件：
R1＝R2＝R3＝R4＝R
式中，R1、R2、R3、R4分别为四个应变片,R为电阻值，单位为Ω；
(5)连接示波器：将示波器与上位机(计算机)相连，接通示波器的电源，打开上位机(计算机)，进行数据传输和储存；
(6)输出波形：调节电源控制模块的电流波形调节钮选择适当的输出波形，再调节电流幅值调节钮调节输出电流的幅值至估算值，按下电流信号输出键开始试验，此时，若应变传感器上有输出电压Uy，则数据会传输至示波器中的滤波芯片，滤掉高频杂音后，信息传输至电压波形显示芯片上，将波形可视化显示到示波显示屏上，同时信息传输至数字信号转换芯片上，对信号进行采样、截断、离散化后传输至数据存储芯片储存，同时将完成转换的数字信号传输至上位机(计算机)；其输出电压为：
Figure BDA0003733243220000042
式中，Uy为传感器输出电压，单位为V；ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4为电阻变化量，单位为Ω；U0为输入电压，单位为V；
显示的图像为Uy-t图；
(7)绘制疲劳曲线：
Figure BDA0003733243220000051
式中，Sg为电阻应变片的灵敏度；dR为电阻的微分；ε为轴向应变；v为材料泊松比；
电桥灵敏度：
Figure BDA0003733243220000052
根据胡克定律：
σ＝Eε
得到应力值与输出电压的关系：
Figure BDA0003733243220000053
可见，所测量的应力值与输出电压有线性关系，即可得到σ-t图，再记录从实验开始到被测试件断裂共经历的应力循环周期数n，即可得到疲劳曲线σ-n图的一个数据点，通过改变电流幅值来改变应力幅值的大小并重复实验，即可绘制出疲劳曲线σ-n图；
(8)直到试件被破坏时切断电磁力加载组件电源，取下被测试件，保存数据；
(9)更换被测试件，适当调整电源控制模块上的电流幅值调节钮调节电流幅值，重复上述操作。
本发明的有益效果：
本发明提供的测量装置及方法操作简单便捷；依据共振和电磁力的原理，利用计算机技术，整个测定过程通过理论控制，不需要反复实验找出待测试件的共振频率，可直接计算出初次试验所需要接通的电流幅值，不同于其他测量方法需要多次改变载荷频率寻找共振点；可根据实际工况条件下试件承受载荷的波形和频率调整试验加载的载荷和频率，即可控制试件固有频率大小，使试验结果更接近实际工况，得到的数据更符合实际情况；使用应变片传感器直接得到应力图，结果更加准确；可与理论所得理想疲劳曲线相比较，有助于结果分析。本发明在原理控制、数据处理和结果精确度方面都有了较大的提升，同时可利用虚拟软件技术对获得的数据进行进一步处理，进一步提高了数据的可信度。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图；
图2为本发明三爪卡盘和尾座结构示意图；
图3为本发明电磁力加载组件结构示意图；
图4为本发明电源控制模块结构示意图；
图5为本发明应变传感器布置及电路连接示意图；
1、架体 2、三爪卡盘 201、锁紧孔；
3、尾座 301、滑动座 302、顶尖 303、锁紧阀；
4、电磁力加载组件 401、组件本体 402、滑块 403、固定阀 404、铁芯 405、励磁线圈 406、阻尼孔；
5、电源控制模块 501、电流幅值显示屏 502、电流波形显示屏 503、电流幅值调节钮 504、电流波形调节钮 505、电流信号输出键 506、电源正负极；
6、示波器 7、应变传感器 701、应变片 8、壳体 9、尾座滑轨 10、侧滑轨 11、被测试件 12、阻尼丝杠。
具体实施方式
本发明提供一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置，参阅图1-4所示：包括架体1、三爪卡盘2、尾座3、电磁力加载组件4、电源控制模块5、示波器6、应变传感器7，所述的架体1的一端设有壳体8，架体1本体的上部设有尾座滑轨9，尾座滑轨9为T型滑轨，架体1本体的两侧分别设有侧滑轨10；三爪卡盘2设在架体1一端的壳体8上，尾座3的下部设有滑动座301，尾座3通过滑动座301与尾座滑轨9滑动连接；三爪卡盘2与尾座3相对设置，被测试件11固定在三爪卡盘2与尾座3的顶尖302之间，通过旋转尾座3上的锁紧阀303进行固定；两组电磁力加载组件4分别设在架体1两侧的侧滑轨10上，与侧滑轨10滑动连接，两组电磁力加载组件4的励磁线圈405相对设置，位于被测试件11的两侧；电源控制模块5、示波器6集成在架体1的一端的壳体8内，电磁力加载组件4通过导线与电源控制模块5相连；应变传感器7设在被测试件11上，并通过导线与示波器6相连。
所述的电磁力加载组件4包括组件本体401、滑块402、固定阀403、铁芯404和励磁线圈405，组件本体401的下端分别设有滑块402和固定阀403，通过滑块402与架体1两侧的侧滑轨10滑动连接，所述的固定阀403内部为锁紧螺钉，锁紧螺钉横穿组件本体401，从滑块402端穿出；旋转固定阀403使锁紧螺钉穿过滑块402，抵接在侧滑轨10上，将电磁力加载组件4固定在侧滑轨10上；电磁力加载组件4的滑块402上设有阻尼孔406，侧滑轨10旁设有阻尼丝杠12，阻尼孔406套设在阻尼丝杠12上，增大滑动摩擦阻力；铁芯404设在组件本体401上部朝向被测试件11的一侧，励磁线圈405绕设在铁芯404上，形成电磁铁；励磁线圈405通过导线与电源控制模块5的电源正负极506相连。
所述的电源控制模块5包括电源、电源控制芯片、电流幅值显示屏501、电流波形显示屏502、电流幅值调节钮503、电流波形调节钮504、电流信号输出键505和电源正负极506，电流幅值显示屏501、电流波形显示屏502、电流幅值调节钮503、电流波形调节钮504、电流信号输出键505分别与电源控制芯片相连，可调节电源输出电流幅值大小和输出波形；电源控制芯片与电源相连，电源正负极506与电源相连。
所述的应变传感器7包括四个等阻值的应变片701，四个应变片701采用桥式电路(即电桥)全桥接法在被测试件11表面进行布置。
本发明的工作原理：
由于被测试件11材料、尺寸不同，为了避免无效试验组浪费材料，我们首先对需要输出的电流进行估算：
一般地，第一根被测试件11的最大应力为：
σ1＝0.6σb (1)
式中，σ1为第一组试验中代入的应力数值，σb为试件的强度极限；
静载下纯弯曲应力公式为：
Figure BDA0003733243220000081
式中，W为抗弯截面系数，单位为m3；M为弯矩，
Figure BDA0003733243220000082
F为施加横向载荷大小，单位为N；L为试件长度；x为施力位置坐标值，单位为m；
电磁力加载组件4中电磁铁对被测试件11力的大小的方程(试样为铁时)为：
Figure BDA0003733243220000083
式中，F为电磁力的大小；μ0为真空磁导率；S0为空气隙面积，单位为m2；N为励磁线圈405的匝数；I为励磁电流，单位为A；b为气隙长度；
通过联立(1)(2)(3)式可估算得第一根被测试件11需通过的励磁电流I的幅值大小：
Figure BDA0003733243220000091
往后试验载荷不断减小，应力循环次数不断增加。
根据试件材料一般的工作工况，所施加载荷的频率为f；则受迫振动的圆频率为：
ωd＝2πf
ωd单位为rad/s。
弯曲振动梁的运动微分方程为：
Figure BDA0003733243220000092
其中，E为材料的弹性模量，单位为MPa；Iz(x)为x处截面绕垂直于x和y轴并通过截面形心的z轴的惯性矩，单位为m4；y(x,t)为x处t时刻梁微元dx的横向位移，单位为m；f(x,t)为单位长度梁承受的横向载荷，单位为N/m；m(x)为单位长度梁的质量，单位为kg/m；
Figure BDA0003733243220000093
为对y(x,t)求二阶偏导数。
由于应变传感器7可直接输出应力图，所以只需考虑固有频率和正规振型，采用分离变量法求解：
y(x,t)＝Y(x)F(t)
将上式代入并化简得到特征问题：
Figure BDA0003733243220000094
其中，Y(x)为分离变量后只与x有关的部分，时间部分是频率为ω的谐波函数。
将试件视为密度和截面均匀几何体，则有：
Iz(x)＝Iz,m(x)＝m
Iz为代入试件截面尺寸的惯性矩计算值。
两端固定支撑的特征问题的边界条件为：
Figure BDA0003733243220000101
和
Figure BDA0003733243220000102
将边界条件代入，求解特征问题，得到固有频率为：
Figure BDA0003733243220000103
ωr为固有频率；L为试件长度，单位为m；r为固有频率的阶数。
可通过改变被测试件11的长度L和试件的截面惯性矩Iz来改变被测试件11的固有频率，当圆频率与某一阶固有频率接近时，将发生共振现象，共振时，振动幅度达到极大值，同时输入的能量被最大程度吸收，保证共振的发生很大程度上节约了测试成本，在进行测试时，首先需要了解试件材料在一般工况下承受载荷的角频率ωd(一般又称圆频率)，然后设计试件的长度L和截面惯性矩Iz，使得：
ωr＝ωd
即某一阶固有频率与圆频率相等，保证共振发生。
求解特征问题同时得到正规化固有振型：
Figure BDA0003733243220000104
需要解释的是，共振现象发生时，试件在做一种同步运动，即在时间上每一点的相位都相同，在空间上的振型由固有振型决定，振型与时间无关的运动，这种运动也称为驻波运动，波峰和波腹存在于固定的特征点，试件的长度L总是波长的整数倍，而固有频率和正规化固有振型的阶数总是一一对应的，即试件在一阶固有频率附近发生共振现象时，所对应的波形也是一阶正规化固有振型，阶数通过r的取值反应在公式中。一般来说，波峰即振幅最大的点，当试件其他点不存在明显缺陷时，波峰处应该首先发生断裂，这也为应变传感器7布置的位置提供了理论依据，第一个波峰位置为：
Figure BDA0003733243220000111
在xm处布置应变片701，布片方法即电路连接方式如图5所示。采用桥式电路(即电桥)全桥接法，电桥平衡条件：
R1＝R2＝R3＝R4＝R
式中，R1、R2、R3、R4分别为四个应变片701,R为电阻值，单位为Ω。
其输出电压为：
Figure BDA0003733243220000112
式中，Uy为传感器输出电压，单位为V；ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4为电阻变化量，单位为Ω；U0为输入电压，单位为V，显示的图像为Uy-t图。
电阻应变片701的灵敏度Sg：
Figure BDA0003733243220000113
式中，Sg为电阻应变片701的灵敏度；dR为电阻的微分；ε为轴向应变；v为材料泊松比；
电桥灵敏度：
Figure BDA0003733243220000114
根据胡克定律：
σ＝Eε (9)
联立(7)(8)(9)式可得应变与输出电压的关系：
Figure BDA0003733243220000121
可见，本发明所测量的应力值与输出电压有线性关系，将输出的电信号进行滤波，过滤掉高频杂音后进行采样，截取从实验开始到被测试件11被破坏后的时域图像，最后进行离散化处理即可得到能存储于计算机中的数字信号，此信号每个数据点再用乘法器乘以一个常数(10式)即可得到σ-t图，再记录从实验开始到试件断裂共经历的应力循环周期数n，即可得到疲劳曲线σ-n图的一个数据点，通过改变电流值来改变应力幅值的大小并重复实验，即可绘制出疲劳曲线σ-n图。
本发明应用上述一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置进行测定的方法如下：
(1)试验前数据准备：查询被测试件11应用工况的载荷频率和载荷波形，测量试件弹性模量E，运用式：
Figure BDA0003733243220000122
式中，ωr为固有频率；r为固有频率的阶数；E为材料的弹性模量，单位为MPa；L为被测试件11长度，单位为m；m为单位长度梁的质量，单位为kg/m；Iz为x处截面绕垂直于x和y轴并通过截面形心的z轴的惯性矩，单位为m4；选择试件长度L以及试件截面尺寸，计算惯性矩并记录，预备一定数目的满足上式的待测试件，运用式：
Figure BDA0003733243220000123
估算需要电流幅值I的大小，单位为A；式中，σb为静载下的强度极限(若是塑性材料则为屈服极限)，单位为MPA；W为抗弯截面系数，单位为m3；b为气隙长度；μ0为真空磁导率；S0为空气隙面积；N为励磁线圈405的匝数；x为施力位置坐标值，单位为m，此处取
Figure BDA0003733243220000131
(2)安装被测试件11：移动尾座3在尾座滑轨9上的位置，在三爪卡盘2和尾座3之间安装被测试件11，通过旋拧三爪卡盘2的锁紧孔201和旋紧尾座3上的锁紧阀303来安装并夹紧被测试件11；
(3)调整电磁力加载组件4的位置：通过调整电磁力加载组件4在侧滑轨10上的位置，使电磁力加载组件4的励磁线圈405位置处于被测试件11
Figure BDA0003733243220000132
处，并通过旋紧固定阀403固定电磁力加载组件4的位置，将电磁力加载组件4的导线连接至电源控制模块5的正负极接口；
(4)布置应变传感器7：运用式：
Figure BDA0003733243220000133
计算第一个峰值点的坐标，将应变传感器7按照图5所示布置方法，四个应变片701采用桥式电路(即电桥)全桥接法安装在被测试件11表面上的第一个峰值点处，将应变传感器7输出电压两端的接线柱与示波器6的数据接口相连，实现电压信号的传输；应变传感器7电桥平衡条件：
R1＝R2＝R3＝R4＝R
式中，R1、R2、R3、R4分别为四个应变片701，R为电阻值，单位为Ω；
(5)连接示波器6：将示波器6与计算机相连，接通示波器6的电源，打开计算机，进行数据传输和储存；
(6)输出波形：调节电源控制模块5的电流波形调节钮504选择该种试件材料制造的零件在已知工况下承受载荷的波形，再调节电流幅值调节钮503调节输出电流的幅值至估算值，按下电流信号输出键505开始试验，此时，若应变传感器7上有输出电压Uy，则数据会传输至示波器6中的滤波芯片，滤掉高频杂音后，信息传输至电压波形显示芯片上，将波形可视化显示到示波显示屏上，同时信息传输至数字信号转换芯片上，对信号进行采样、截断、离散化后传输至数据存储芯片储存，同时将完成转换的数字信号传输至计算机；其输出电压为：
Figure BDA0003733243220000141
式中，Uy为传感器输出电压，单位为V；U0为输入电压，单位为V；ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4为电阻变化量，单位为Ω
显示的图像为Uy-t图；
(7)绘制疲劳曲线：
Figure BDA0003733243220000142
式中，Sg为电阻应变片701的灵敏度；dR为电阻的微分；ε为轴向应变；v为材料泊松比；
电桥灵敏度：
Figure BDA0003733243220000143
根据胡克定律：
σ＝Eε
得到应力值与输出电压的关系：
Figure BDA0003733243220000144
所测量的应力值σ与输出电压Uy有线性关系，运用上式即可得到σ-t图，再记录从实验开始到被测试件11断裂共经历的应力循环周期数n，即可得到疲劳曲线σ-n图的一个数据点，通过改变电流幅值来改变应力幅值的大小并重复实验，即可绘制出疲劳曲线σ-n图；
(8)直到试件被破坏时切断电磁力加载组件4电源，取下被测试件11，保存数据；
(9)更换被测试件11，适当调整电源控制模块5上的电流幅值调节钮503调节电流幅值，重复上述操作。

Claims (5)

1.一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置，其他特征有：包括架体、三爪卡盘、尾座、电磁力加载组件、电源控制模块、示波器、应变传感器，所述的架体上部设有尾座滑轨，两侧分别设有侧滑轨；三爪卡盘固定在架体的一端，尾座设在尾座滑轨上，与尾座滑轨滑动连接；三爪卡盘与尾座相对设置，被测试件固定在三爪卡盘与尾座之间；两组电磁力加载组件分别设在架体两侧的侧滑轨上，与侧滑轨滑动连接，两组电磁力加载组件的励磁线圈相对设置，位于被测试件的两侧；电源控制模块、示波器设在架体的一端，电磁力加载组件通过导线与电源控制模块相连；应变传感器设在被测试件上，并通过导线与示波器相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置，其他特征有：所述的电磁力加载组件包括组件本体、滑块、固定阀、铁芯和励磁线圈，组件本体的下端分别设有滑块和固定阀，通过滑块与架体两侧的侧滑轨滑动连接，通过旋拧固定阀将电磁力加载组件固定在侧滑轨上；所述的固定阀内部为锁紧螺钉，锁紧螺钉横穿组件本体，从滑块端穿出；滑块上设有阻尼孔，架体的侧滑轨旁设有阻尼丝杠，阻尼孔套设在阻尼丝杠上；铁芯设在组件本体上部的一侧，励磁线圈绕设在铁芯上形成电磁铁；励磁线圈通过导线与电源控制模块的电源正负极相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置，其他特征有：所述的电源控制模块包括电源、电源控制芯片、电流幅值显示屏、电流波形显示屏、电流幅值调节钮、电流波形调节钮、电流信号输出键和电源正负极，电流幅值显示屏、电流波形显示屏、电流幅值调节钮、电流波形调节钮、电流信号输出键分别与电源控制芯片相连，可调节电源输出电流幅值大小和输出波形；电源控制芯片与电源相连，电源正负极与电源相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置，其他特征有：所述的应变传感器包括四个等阻值的应变片，四个应变片采用桥式电路全桥接法在被测试件表面进行布置。
5.一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定方法，其特征在于：利用权利要求1-4任一所述的一种基于电磁力和共振方程的疲劳曲线测定装置进行测定，操作步骤如下：
(1)试验前数据准备：查询被测试件应用工况的载荷频率和载荷波形，测量试件弹性模量E，根据式：
Figure FDA0003733243210000021
选择试件长度L以及试件截面尺寸，计算惯性矩并记录；式中，ωr为固有频率,单位为rad/s；r为固有频率的阶数；E为材料的弹性模量，单位为MPa；L为被测试件长度，单位为m；m为单位长度梁的质量，单位为kg/m；IZ为试件截面的惯性矩，单位为m4；
预备一定数目满足上式的待测试件，运用式：
Figure FDA0003733243210000022
估算需要电流幅值的大小；式中，σb为静载下的强度极限(若是塑性材料则为屈服极限)，单位为MPa；W为抗弯截面系数，单位为m3；b为气隙长度；μ0为真空磁导率；S0为空气隙面积；N为励磁线圈的匝数；x为施力位置坐标值，单位为m，此处取
Figure FDA0003733243210000023
(2)安装被测试件：移动尾座在尾座滑轨上的位置，在三爪卡盘和尾座之间安装被测试件，通过旋拧三爪卡盘的锁紧孔和旋紧尾座上的锁紧阀来安装并夹紧被测试件；
(3)调整电磁力加载组件的位置：通过调整电磁力加载组件在侧滑轨上的位置，使电磁力加载组件的励磁线圈位置处于被测试件
Figure FDA0003733243210000031
处，并通过旋紧固定阀固定电磁力加载组件的位置，将电磁力加载组件的导线连接至电源控制模块的正负极接口；
(4)布置应变传感器：运用式：
Figure FDA0003733243210000032
计算第一个峰值点的坐标，将应变传感器四个应变片采用桥式电路全桥接法安装在被测试件表面上的第一个峰值点处，将应变传感器输出电压两端的接线柱与示波器的数据接口相连，实现电压信号的传输；应变传感器电桥平衡条件：
R1＝R2＝R3＝R4＝R
式中，R1、R2、R3、R4分别为四个应变片,R为电阻值，单位为Ω；
(5)连接示波器：将示波器与上位机相连，接通示波器的电源，打开上位机，进行数据传输和储存；
(6)输出波形：调节电源控制模块的电流波形调节钮选择输出波形，再调节电流幅值调节钮调节输出电流的幅值至估算值，按下电流信号输出键开始试验，此时，若应变传感器上有输出电压Uy，则数据会传输至示波器中，将波形可视化显示到示波显示屏上，同时对信号转换的数字信号进行采样、截断、离散化后传输并储存，同时将完成转换的数字信号传输至上位机；其输出电压为：
Figure FDA0003733243210000033
式中，Uy为传感器输出电压，单位为V；ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4、为电阻变化量，单位为Ω；U0为输入电压，单位为V；
显示的图像为Uy-t图；
(7)绘制疲劳曲线：
Figure FDA0003733243210000041
式中，Sg为电阻应变片的灵敏度；dR为电阻的微分；ε为轴向应变；v为材料泊松比；
电桥灵敏度：
Figure FDA0003733243210000042
根据胡克定律：
σ＝Eε
得到应力值与输出电压的关系：
Figure FDA0003733243210000043
根据所测量的应力值σ与输出电压Uy的线性关系，即可得到σ-t图，再记录从实验开始到被测试件断裂共经历的应力循环周期数n，即可得到疲劳曲线σ-n图的一个数据点，通过改变电流幅值来改变应力幅值的大小并重复实验，即可绘制出疲劳曲线σ-n图；
(8)直到试件被破坏时切断电磁力加载组件电源，取下被测试件，保存数据。
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