CN214952773U

CN214952773U - 基于应力和频率阈值的疲劳试验系统

Info

Publication number: CN214952773U
Application number: CN202121186435.1U
Authority: CN
Inventors: 曹晓宁; 张振先; 邹洪伟; 王秀刚; 杨中林
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2031-05-28

Abstract

本实用新型提供一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，包括：至少两个夹具组件与振动试验台连接；试验件与夹具组件连接；应变片设置于试验件的试验区域，并与应力采集器连接；传感器设置于试验件表面，并与模态分析器连接；振动试验台通过正弦定频对试验件施加载荷；应力采集器用于通过应变片采集试验件的应力变化；模态分析器用于通过传感器分析试验件的频率变化。本实用新型通过设置多个夹具组件，实现了对多个试验件同时进行试验，并且通过某一频率下正弦定频试验，对试验件施加不同载荷，借助于应力变化和频率变化两个指标实现试验件疲劳损伤的识别。

Description

基于应力和频率阈值的疲劳试验系统

技术领域

本实用新型涉及材料技术领域，尤其涉及一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统。

背景技术

疲劳破坏是材料最常见的失效方式，因此材料疲劳寿命的研究尤为重要。目前国内外疲劳试验方法是采用常规MTS疲劳试验机，利用夹具加持试验件两端并施加作用力F，载荷力除以面积获取名义应力，同时记录试验次数，试验一直加载直至试验件断裂。但每次试验只能测试一个样件，无法同时进行多个样件，且试验周期长。且因计算的是名义应力，试验精度差，同时也未考虑频率对疲劳寿命的影响。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，用以解决现有技术中每次试验只能测试一个样件，无法同时进行多个样件，且试验周期长的缺陷，通过设置多个夹具组件，实现了对多个试验件同时进行试验，并且通过某一频率下正弦定频试验，对试验件施加不同载荷，借助于应力变化和频率变化两个指标实现试验件疲劳损伤的识别，根据对应载荷应力下疲劳次数，可绘制某一频率下疲劳寿命S-N曲线，也可以探究不同频率对结构疲劳特性的影响。

根据本实用新型提供的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，包括：振动试验台、夹具组件、试验件、应变片、传感器、应力采集器和模态分析器；

至少两个所述夹具组件与所述振动试验台连接；

所述试验件与所述夹具组件连接；

所述应变片设置于所述试验件的试验区域，并与所述应力采集器连接；

所述传感器设置于所述试验件表面，并与所述模态分析器连接；

其中，所述振动试验台通过正弦定频对所述试验件施加载荷；

所述应力采集器用于通过所述应变片采集所述试验件的应力变化；

所述模态分析器用于通过所述传感器分析所述试验件的频率变化。

根据本实用新型的一种实施方式，多个所述夹具组件沿闭环路径间隔设置。

具体来说，本实施例提供了一种夹具组件在振动试验台上设置形式的实施方式，闭环路径可以理解为圆环形路径或者椭圆形路径，具体设置根据振动试验台的尺寸以及相关的试验需求而定。

根据本实用新型的一种实施方式，多个所述夹具组件沿开环路径间隔设置。

具体来说，本实施例提供了另一种夹具组件在振动试验台上设置形式的实施方式，开环路径可以理解为直线路径或者圆弧路径，具体设置根据振动试验台的尺寸以及相关的试验需求而定。

根据本实用新型的一种实施方式，所述应变片与所述试验件之间，通过粘接或磁吸的方式实现连接。

具体来说，本实施例提供了一种应变片与试验件连接的实施方式，应变片与试验件之间通过站街或者磁吸的方式连接，可以更灵活的根据试验件的试验区域调节应变片与试验件之间的相对位置，实现对试验件不同区域的试验。

根据本实用新型的一种实施方式，所述传感器与所述试验件之间，通过粘接或螺纹的方式实现连接。

具体来说，本实施例提供了一种传感器与试验件连接的实施方式，由于传感器的质量较应变片大，因此传感器与试验件之间需要连接稳定性更好的方式，因此采用粘接或者螺纹的连接方式。

需要说明的是，螺纹连接可以理解为通过螺栓、螺纹的配合，实现传感器与试验件之间的连接。

根据本实用新型的一种实施方式，所述夹具组件包括：底板、夹持板和定位件；

所述底板与所述振动试验台连接；

所述夹持板包括彼此连接的第一夹持面和第二夹持面；

所述第一夹持面的一侧端部与所述底板连接，所述第一夹持面的另一侧端部与所述第二夹持面连接，且所述第一夹持面和所述第二夹持面连接形成L型结构；

所述定位件与所述第二夹持面螺纹连接，用于定位所述试验件。

具体来说，本实施例提供了一种夹具组件的实施方式，通过对夹具组件的细化，为试验件在振动试验台上的连接提供了保证，而定位件通过螺纹与第二夹持面连接，也进一步保证了试验件与振动试验台之间相对位置的稳定性。

需要说明的是，定位件可以采用螺栓等具有螺纹的结构。

根据本实用新型的一种实施方式，所述第二夹持面的一侧设置有凹槽；

所述试验件插接于所述凹槽内；

所述定位件自所述凹槽的一侧臂进入所述凹槽内，并与所述试验件抵接。

具体来说，本实施例提供了一种第二夹持面与试验件连接的实施方式，通过设置凹槽提升了试验件与夹持板之间连接的稳定性，避免在试验过程中，由于试验件与夹持板之间连接稳定性差导致的试验误差。

根据本实用新型的一种实施方式，还包括：滑轨，所述滑轨设置于所述振动试验台的表面；

所述底板与所述滑轨滑动连接。

具体来说，本实施例提供了一种在振动试验台表面设置滑轨的实施方式，通过设置滑轨，实现了底板在振动试验台表面位置的调节，可以根据需求对底板的分布进行选择，避免试验件间隔过小或者间隔过大的问题。

根据本实用新型的一种实施方式，所述夹具组件包括两个所述夹持板，两个所述夹持板间隔设置，所述试验件相对的两个端部分别与两个相对的所述第二夹持面连接。

具体来说，本实施例提供了一种夹持板的实施方式，通过设置两个夹持板，既满足了对试验件一端定位的试验需求，也满足了对试验件两端定位的试验需求，提供了多种定位试验件的方案。

根据本实用新型的一种实施方式，相对的两个所述夹持板之间间距可调。

具体来说，本实施例提供了另一种夹持板的实施方式，通过调节两个夹持板之间的间距，能够实现对不同尺寸的试验件的夹持。

在一个应用场景中，底板与夹持板之间可以设置相应的滑动结构，实现夹持板与底板之间相对位置的调节，进而实现两个夹持板之间相对位置的调节。

在另一个应用场景中，两个夹持板之间可以通过螺杆进行连接，螺杆上设置有左旋螺纹和右旋螺纹，通过旋向相反的两段螺纹分别与夹持板进行配合，实现了通过螺杆调节两个夹持板之间的相对位置。

本实用新型中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本实用新型提供的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，通过设置多个夹具组件，实现了对多个试验件同时进行试验，并且通过某一频率下正弦定频试验，对试验件施加不同载荷，借助于应力变化和频率变化两个指标实现试验件疲劳损伤的识别，根据对应载荷应力下疲劳次数，可绘制某一频率下疲劳寿命S-N曲线，也可以探究不同频率对结构疲劳特性的影响。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的基于应力和频率阈值的疲劳试验系统的装配关系示意图之一；

图2是本实用新型提供的基于应力和频率阈值的疲劳试验系统的装配关系示意图之二；

图3是本实用新型提供的基于应力和频率阈值的疲劳试验系统中，夹具组件的装配关系示意图之一；

图4是本实用新型提供的基于应力和频率阈值的疲劳试验系统中，夹具组件的装配关系示意图之二；

图5是本实用新型提供的基于应力和频率阈值的疲劳试验系统中，夹具组件的装配关系示意图之三；

图6是本实用新型提供的基于应力和频率阈值的疲劳试验系统中，应变片和传感器的布置关系示意图。

附图标记：

10、振动试验台； 11、滑轨； 20、试验件；

30、应变片； 40、传感器； 50、应力采集器；

60、模态分析器； 70、底板； 80、夹持板；

81、第一夹持面； 82、第二夹持面； 83、凹槽；

90、定位件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的一些具体实施方案中，如图1至图6所示，本方案提供一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，包括：振动试验台10、夹具组件、试验件20、应变片30、传感器40、应力采集器50和模态分析器60；至少两个夹具组件与振动试验台10连接；试验件20与夹具组件连接；应变片30设置于试验件20的试验区域，并与应力采集器50连接；传感器40设置于试验件20表面，并与模态分析器60连接；其中，振动试验台10通过正弦定频对试验件20施加载荷；应力采集器50用于通过应变片30采集试验件20的应力变化；模态分析器60用于通过传感器40分析试验件20的频率变化。

详细来说，本实用新型提供一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，用以解决现有技术中每次试验只能测试一个样件，无法同时进行多个样件，且试验周期长的缺陷，通过设置多个夹具组件，实现了对多个试验件20同时进行试验，并且通过某一频率下正弦定频试验，对试验件20施加不同载荷，借助于应力变化和频率变化两个指标实现试验件20疲劳损伤的识别，根据对应载荷应力下疲劳次数，可绘制某一频率下疲劳寿命S-N曲线，也可以探究不同频率对结构疲劳特性的影响。

在本实用新型一些可能的实施例中，多个夹具组件沿闭环路径间隔设置。

具体来说，本实施例提供了一种夹具组件在振动试验台10上设置形式的实施方式，闭环路径可以理解为圆环形路径或者椭圆形路径，具体设置根据振动试验台10的尺寸以及相关的试验需求而定。

在本实用新型一些可能的实施例中，多个夹具组件沿开环路径间隔设置。

具体来说，本实施例提供了另一种夹具组件在振动试验台10上设置形式的实施方式，开环路径可以理解为直线路径或者圆弧路径，具体设置根据振动试验台10的尺寸以及相关的试验需求而定。

在本实用新型一些可能的实施例中，应变片30与试验件20之间，通过粘接或磁吸的方式实现连接。

具体来说，本实施例提供了一种应变片30与试验件20连接的实施方式，应变片30与试验件20之间通过站街或者磁吸的方式连接，可以更灵活的根据试验件20的试验区域调节应变片30与试验件20之间的相对位置，实现对试验件20不同区域的试验。

在本实用新型一些可能的实施例中，传感器40与试验件20之间，通过粘接或螺纹的方式实现连接。

具体来说，本实施例提供了一种传感器40与试验件20连接的实施方式，由于传感器40的质量较应变片30大，因此传感器40与试验件20之间需要连接稳定性更好的方式，因此采用粘接或者螺纹的连接方式。

需要说明的是，螺纹连接可以理解为通过螺栓、螺纹的配合，实现传感器40与试验件20之间的连接。

在本实用新型一些可能的实施例中，夹具组件包括：底板70、夹持板80和定位件90；底板70与振动试验台10连接；夹持板80包括彼此连接的第一夹持面81和第二夹持面82；第一夹持面81的一侧端部与底板70连接，第一夹持面81的另一侧端部与第二夹持面82连接，且第一夹持面81和第二夹持面82连接形成L型结构；定位件90与第二夹持面82螺纹连接，用于定位试验件20。

具体来说，本实施例提供了一种夹具组件的实施方式，通过对夹具组件的细化，为试验件20在振动试验台10上的连接提供了保证，而定位件90通过螺纹与第二夹持面82连接，也进一步保证了试验件20与振动试验台10之间相对位置的稳定性。

需要说明的是，定位件90可以采用螺栓等具有螺纹的结构。

在本实用新型一些可能的实施例中，第二夹持面82的一侧设置有凹槽83；试验件20插接于凹槽83内；定位件90自凹槽83的一侧臂进入凹槽83内，并与试验件20抵接。

具体来说，本实施例提供了一种第二夹持面82与试验件20连接的实施方式，通过设置凹槽83提升了试验件20与夹持板80之间连接的稳定性，避免在试验过程中，由于试验件20与夹持板80之间连接稳定性差导致的试验误差。

在本实用新型一些可能的实施例中，还包括：滑轨11，滑轨11设置于振动试验台10的表面；底板70与滑轨11滑动连接。

具体来说，本实施例提供了一种在振动试验台10表面设置滑轨11的实施方式，通过设置滑轨11，实现了底板70在振动试验台10表面位置的调节，可以根据需求对底板70的分布进行选择，避免试验件20间隔过小或者间隔过大的问题。

在本实用新型一些可能的实施例中，夹具组件包括两个夹持板80，两个夹持板80间隔设置，试验件20相对的两个端部分别与两个相对的第二夹持面82连接。

具体来说，本实施例提供了一种夹持板80的实施方式，通过设置两个夹持板80，既满足了对试验件20一端定位的试验需求，也满足了对试验件20两端定位的试验需求，提供了多种定位试验件20的方案。

在本实用新型一些可能的实施例中，相对的两个夹持板80之间间距可调。

具体来说，本实施例提供了另一种夹持板80的实施方式，通过调节两个夹持板80之间的间距，能够实现对不同尺寸的试验件20的夹持。

在一个应用场景中，底板70与夹持板80之间可以设置相应的滑动结构，实现夹持板80与底板70之间相对位置的调节，进而实现两个夹持板80之间相对位置的调节。

在另一个应用场景中，两个夹持板80之间可以通过螺杆进行连接，螺杆上设置有左旋螺纹和右旋螺纹，通过旋向相反的两段螺纹分别与夹持板80进行配合，实现了通过螺杆调节两个夹持板80之间的相对位置。

在一个应力和频率阈值的疲劳试验场景中，本实用新型针对现有技术的不足，公开了一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，可以精确、快速、自动计算疲劳寿命，该方法不仅仅局限于动应力计算，并且对于其他试验数据等也具有使用价值。本实用新型选取某牌号钢材的共振频率下、最大危险应力320Mpa应力下的疲劳试验为例，其具体步骤如下：

步骤一，试验件20安装：根据振动试验台10接口进行夹具组件和试验件20的设置，试验台与夹具组件通过环形或直线分布的滑轨11连接，在本试验中，仅设置一组底板70和夹持板80，试验件20固定端与夹具组件通过夹持板80与的定位件90连接，试验件20自由端通过螺栓螺母进行配重，试验台可同时加载16个试验件20，该次试验装配4个试验件20。并在每个试验件20危险位置布置应变片30，螺栓扭矩需要校核。

步骤二，正弦扫频：在每个试验件20自由端中部布置传感器40，选取0.1-500HZ、1g的加速度幅值进行正弦扫频试验，软件自动处理加速度数据，获取试验件20固有频率并记录；所有试验件20固有频率应在一定范围内，否则调整紧固螺栓扭矩或者查找不一致原因。通过试验扫频结果可知，4个试验件20固有频率在77.7左右。试验件20平均值在77.6，一致性较好。

步骤三，调试试验：选取正弦激励波形形式，在共振频率77.7HZ下，调整试验台加速度幅值，当振动试验台10控制加速度为1.6g时，各试验件20最危险监控试验件20应力响应达到预期值380Mpa左右，所有试验件20应力基本一致。

步骤四，正式试验：在步骤三的调试试验基础上，保持试验台施加对夹具施加1.6g加速度，实时记录并监控试验件20最危险部位的应力值变化。试验初始应力值为380Mpa，当试验件20应力值变化大于等于25％时，系统自动停止正弦激励下的疲劳试验，系统自动进入正弦扫频模式，若频率下降大于等于3％，利用频率下降指标进行疲劳损伤二次判断确认，防止发生误判，根据试验结果绘制共振频率下疲劳寿命S-N曲线。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims

1.一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，包括：振动试验台、夹具组件、试验件、应变片、传感器、应力采集器和模态分析器；

至少两个所述夹具组件与所述振动试验台连接；

所述试验件与所述夹具组件连接；

2.根据权利要求1所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，多个所述夹具组件沿闭环路径间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，多个所述夹具组件沿开环路径间隔设置。

4.根据权利要求1所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，所述应变片与所述试验件之间，通过粘接或磁吸的方式实现连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，所述传感器与所述试验件之间，通过粘接或螺纹的方式实现连接。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，所述夹具组件包括：底板、夹持板和定位件；

所述底板与所述振动试验台连接；

所述夹持板包括彼此连接的第一夹持面和第二夹持面；

7.根据权利要求6所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，所述第二夹持面的一侧设置有凹槽；

所述试验件插接于所述凹槽内；

8.根据权利要求6所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，还包括：滑轨，所述滑轨设置于所述振动试验台的表面；

所述底板与所述滑轨滑动连接。

9.根据权利要求6所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，所述夹具组件包括两个所述夹持板，两个所述夹持板间隔设置，所述试验件相对的两个端部分别与两个相对的所述第二夹持面连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于应力和频率阈值的疲劳试验系统，其特征在于，相对的两个所述夹持板之间间距可调。