CN203465164U - 一种钢管弯曲疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钢管弯曲疲劳试验机，包括两组支撑托架，两组支撑托架上放置有钢管试样；在钢管试样的一端固定安装有激振支架，激振支架的外端支板中通过轴承安装有转轴，该转轴上设置有偏心块，该转轴通过联轴器与电机传动连接；在钢管试样的另一端固定安装有配重；钢管试样的内腔通过管线与加压系统连通。本实用新型的装置，结构简单，使用方便，准确性高，使用成本低，提高了疲劳试验效率。
Description
技术领域
本实用新型属于疲劳试验设备技术领域，涉及一种钢管弯曲疲劳试验机。
背景技术
现有的大直径钢管全尺寸疲劳试验方法主要有轴向拉伸疲劳试验法、四点弯曲疲劳试验法、旋转弯曲疲劳试验法和共振弯曲疲劳试验法。一般采用轴向拉伸疲劳试验法进行钢管材料疲劳试验；四点弯曲疲劳试验效率较低，一个小时只能加载几千次，并且在试样周向只有部分区域达到交变应力峰值，不能全范围搜索试样内部缺陷；旋转弯曲疲劳试验中，虽然试件通过旋转弯曲可以保证其周向都达到交变应力峰值，但由于试验机从一端驱动，试样必须传送扭矩以克服轴承中的摩擦，因而试样中的应力并不是纯单向的，最终导致试验结果偏于保守，很少有人应用。
从试验结果的准确性、全面性、试验效率和使用成本方面来说，现有的大直径钢管全尺寸弯曲疲劳试验设备均存在结构复杂、效率低、精度低、操作繁琐、使用成本高的不足。因此，研究大直径钢管全尺寸疲劳试验技术，设计制造相应的试验设备对于提高此类产品疲劳性能校验的可靠性、缩短试验周期，有着非常重要的实际意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种钢管弯曲疲劳试验机，解决了现有技术中存在的结构复杂、效率低、精度低、操作繁琐、使用成本高的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种钢管弯曲疲劳试验机，包括两组支撑托架，两组支撑托架上放置有钢管试样；在钢管试样的一端固定安装有激振支架，激振支架的外端支板中通过轴承安装有转轴，该转轴上设置有偏心块，该转轴通过联轴器与电机传动连接；在钢管试样的另一端固定安装有配重。
本实用新型的钢管弯曲疲劳试验机，其特点还在于：
电机选用变频调速电机。
钢管试样的内腔通过管线与加压系统连通。
本实用新型的有益效果是，结构简单，使用方便，准确性高，使用成本低，既可进行大直径钢管全尺寸疲劳试验，又不用传递扭矩，避免了旋转弯曲试验方法带来的误差，也保证钢管周向都能达到交变应力峰值，加载频率快，提高疲劳试验效率。
附图说明
图1是本实用新型钢管弯曲疲劳试验机的结构示意图。
图中，1.电机，2.联轴器，3.偏心块，4.激振支架，5.支撑托架，6.关注部位，7.钢管试样，8.加压系统，9.配重。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参照图1，本实用新型装置的结构是，包括两组支撑托架5，两组支撑托架5上放置有钢管试样7；在钢管试样7的一端固定安装有激振支架4，激振支架4的外端支板中通过轴承安装有转轴，该转轴上设置有偏心块3，该转轴通过联轴器2与电机1传动连接；在钢管试样7的另一端固定安装有配重9，钢管试样7的内腔通过管线与加压系统8连通。
激振支架4、偏心块3、联轴器2及电机1一起称为旋转激振装置，激振支架4的一端与钢管试样7固定连接，激振支架4的另一端与偏心块3的转轴套接。
电机1选用变频调速电机。
配重9和支撑托架5的轴向支撑位置的设置应合理，配重9和偏心块3的块数、质量及偏心度的设置根据需要确定，以达到设定的钢管振动形态。配置的加压系统8用于在试验前向钢管试样7的内腔中注水打压得到一定的静水压，进而模拟预张力工况下的大直径钢管弯曲疲劳试验。
本实用新型装置，基于钢管试样的一阶振动模态，采用旋转激振装置，使其达到钢管试样7的共振状态，共振的频率决定疲劳试验的加载频率，共振的结果使钢管试样7上关注部位6（中间部位）产生交流变化的弯曲应力，由于此弯曲激振力随偏心块3旋转不断改变方向，因而不用传递扭矩即可使钢管试样7的周向均达到交变应力峰值的目的，最终保证在钢管试样7的圆周方向全范围搜索其疲劳缺陷。
对于钢管试样的目标模态，目标模态是指钢管试样中部振幅远大于两端的振幅，从而使关注部位6形成一种按试验要求幅度交流变化的弯曲应力。使关注部位6处的峰值应力远大于其它位置的应力。确定目标模态后，即可通过相关模态计算设计试样的结构刚度（长度、配重），使钢管试样7固有振动频率对应的模态振型达到目标模态。
本实用新型装置的工作原理是：利用两组支撑托架5支撑在钢管试样7的两端，电机1通过联轴器2驱动偏心块3进行旋转，偏心块3旋转产生的离心载荷通过激振支架4传递给钢管试样7，当偏心块3的转动频率，即激振频率接近钢管试样7的固有频率时，试样将因产生共振而开始剧烈振动，该振动形态即为前述的目标模态，振动的结果使得关注部位6处的应力达到最大，由于激振载荷，即偏心块3产生的离心力是旋转变化的，因而试样上每一点的弯曲应力也交流变化，并且在钢管试样7的环向都达到了交变应力的峰值。交变应力峰值的大小可通过激振频率和偏心块3偏重的多少进行调整，最终在关注部位6处产生试验要求的交流变化的弯曲应力。
本实用新型的大直径全尺寸钢管疲劳试验机，试验过程中，只有电机1驱动偏心块3旋转，钢管试样7本身并不发生旋转，而是周期性的振动，因此不用传递扭矩，提高了试验结果的准确性。基于试样的一阶振动模态，主要是指试验前需要设计钢管疲劳试样的结构刚度，使其一阶振动模态符合目标模态的要求。可达到任意大小的交变应力范围，是指可通过调整旋转激振装置的转速和偏心块的偏重，任意调整钢管试样交变弯曲应力的幅值大小。试验时间短，效率高是指旋转激振频率越高，应力循环的速度就越快，疲劳试验所需时间就越短，该试验机激振频率最高可达30Hz，相当于同一个位置一天可加载弯曲载荷250万次以上。
Claims (3)
1.一种钢管弯曲疲劳试验机，其特点在于：包括两组支撑托架（5），两组支撑托架（5）上放置有钢管试样（7）；在钢管试样（7）的一端固定安装有激振支架（4），激振支架（4）的外端支板中通过轴承安装有转轴，该转轴上设置有偏心块（3），该转轴通过联轴器（2）与电机（1）传动连接；在钢管试样（7）的另一端固定安装有配重（9）。
2.根据权利要求1所述的钢管弯曲疲劳试验机，其特点在于：所述的电机（1）选用变频调速电机。
3.根据权利要求1所述的钢管弯曲疲劳试验机，其特点在于：所述的钢管试样（7）的内腔通过管线与加压系统（8）连通。
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