[实用新型]一种机械结构疲劳损伤在线监测试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于机械结构强度测试技术领域，具体涉及一种机械结构疲劳损伤在线监测试验装置。

背景技术

在外部交变荷载作用下，机械结构的材料性能呈现出无规律的衰减过程，也就是通常所说的疲劳裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、剥落直至发生断裂的全过程。疲劳损伤已成为导致机械结构失效的重要因素。据统计，工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破坏的50％～90％，疲劳损伤断裂是机械结构失效的最常见形式。因此，由疲劳引起的损伤断裂在工程失效中越来越突出。如何在机械结构疲劳现象出现的早期监测出疲劳信息，是目前工程界急需解决的问题。

为了能够及时地获得机械结构的疲劳状况信息，仅依靠对结构件进行定期测量是无法满足要求的。中国专利申请号CN201110414705.4公开了一种在役机械装备结构疲劳状态估算方法，该方法是通过建立机械结构关键部位应变与反映机械装备工作状态参数之间的具有统计学意义上的关联关系，获得机械结构材料弹性模量的具有统计学意义上的变化，从而实现对在役机械结构疲劳状态的测量和评价。但是该方法是对在役机械相关参数的实际运行数据进行采集，从而对其机械结构疲劳状态进行估算，并没有给出实验室条件下建立试验条件可控的试验装置来评估材料的疲劳损伤规律。

现有技术中有一种受迫振动系统，该系统是通过激振器使悬臂梁产生受迫振动，由信号发生器向激振器提供周期性电压信号，使激振器产生周期性策动力，对弹性梁激振，这样弹性梁就产生受迫振动。这种振动系统的不足之处在于激振器对弹性梁施加周期策动力时，激振器与悬臂梁为接触非连接状态。激振器在安装时与被激试样有间隙要求(一般要求0.5±0.1mm的间隙)，且只能在这种情况下，激振器才能产生最大激振力。若使悬臂梁试样发生疲劳损伤，则须要产生一定的挠度。经计算，试样发生疲劳损伤所需的振幅大于激振器与试样之间的安装间隙，这使得激振器与试样间发生碰撞干涉，因此采用激振的方法不可行；此外，实际工程中机械装备多为电机驱动，激振器的驱动方式与实际工况不太符合。因此，需要提供一种能够更接近实际的运动方式来驱动悬臂梁运动。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种实验室条件下的机械结构疲劳损伤在线监测试验装置，对被测试件的疲劳损伤状态进行在线监测。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种机械结构疲劳损伤在线监测试验装置，包括一个一端固定的悬臂梁试件，该悬臂梁试件的另一端连接有一个用于驱动悬臂梁试件摆动的往复驱动机构；该装置还包括用于测量所述往复驱动机构传递给悬臂梁试件的应变量的应变传感器和用于测量摆动过程中悬臂梁试件应变量的应变传感器。

该装置还包括用于测量当前试验温度对应变量影响的应变传感器。

所述各应变传感器均为光纤光栅应变传感器，所述各光纤光栅应变传感器的信号输出端均通过光环形器与波长解调模块连接，所述光环形器的光输入端连接有光源，所述波长解调模块的信号输出端用于与监测主机连接。

所述往复驱动机构包括曲柄和连杆，所述连杆的动力输出端与悬臂梁试件铰接。

所述曲柄为电机驱动的偏心轮。

所述连杆通过一个滑动轴套和销轴与偏心轮连接，滑动轴套的一端与连杆相接，另一端通过销轴与偏心轮相连；所述偏心轮上设有T型槽滑道，所述销轴穿过滑动轴套固定于T型槽滑道内。

所述销轴通过两侧安装于T型槽滑道内的T型螺母进行固定。

所述连杆通过固定于悬臂梁试件上的连杆支架与悬臂梁试件利用轴销铰接。

所述悬臂梁试件的固定端与梁支座固连。

本实用新型的机械结构疲劳损伤在线监测试验装置采用的往复驱动机构与悬臂梁试件为连接状态，悬臂梁在摆动过程中均受到驱动机构施加的力，避免了悬臂梁试件在摆动过程中受到往复驱动机构的叠加振动，该驱动方式也更接近实际工况，所采集的数据也更为准确，利用应变传感器能够获得能够表征机械结构疲劳状态的信息，从而得到机械结构的当量弹性模量，通过考核当量弹性模量的变化规律就能够得到机械结构的疲劳情况。该装置结构简单，易于实现，适用理论合理，能够有效的对机械结构关键部件的疲劳损伤过程进行在线监测，其既能用于测量机械结构件的疲劳，也能够作为教学科研仪器使用，具有重大的应用价值。

采用由电机驱动的偏心轮结构能够对机械结构间施加幅度、频率可调整的交变循环载荷。另外，电机驱动能够直接的反应实际工况，还可将电机功率、转速等信息作为广义载荷使用。

附图说明

图1为本实用新型试验装置的机械结构示意图；