[发明专利]一种悬浮电磁激励谐振式疲劳试验方法

说明书

技术领域

本发明属于疲劳试验技术领域，涉及疲劳试验方法，具体涉及一种悬浮电磁激励谐振式疲劳试验方法。

背景技术

疲劳可靠性是衡量各类机电装备品质的重要参数。疲劳可靠性的设计需要了解材料或受力结构的抗疲劳性能，目前疲劳试验是获取材料或结构抗疲劳性能的主要手段。

疲劳试验机的主要技术指标包括试验载荷精度、试验频率等。目前，疲劳试验机主要有纯机械加载式、电液伺服加载式以及电磁加载式等三种，最早出现的纯机械加载方法存在结构复杂、精度低、自动化程度低等不足，逐渐由自动化程度更高的电液伺服式和电磁加载式所取代。其中电液伺服式试验方法精度高，但试验频率较低。电磁式疲劳试验方法的试验频率高，但是噪声大，且精度略低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种悬浮电磁激励谐振式疲劳试验方法，噪声小、频率高、精度高、能耗低。

本发明使用的装置包括试件夹持臂、永磁铁盒、永磁铁、电磁铁和控制系统。所述两个试件夹持臂的底部分别与一个永磁铁盒固定；两个永磁铁盒的内部均设有永磁铁；所述的两块电磁铁分别设置在两个永磁铁盒的正下方。

所述的控制系统包括加速度传感器、力传感器、信号采集器、上位机、信号发生器和功率放大器。所述的两个加速度传感器分别固定在两个永磁铁盒的外侧壁，两个力传感器的顶部分别与一块电磁铁的底部固定；所述两个加速度传感器及两个力传感器的信号输出端并联接入信号采集器的信号输入端；信号采集器通过USB口接入上位机，上位机通过USB口输出至信号发生器；信号发生器根据上位机发来的指令和参数生成模拟调制信号，传给功率放大器的输入端；所述的模拟调制信号包括正相电流信号和反相电流信号；功率放大器的正相电流输出端与一个电磁铁的电流输入端连接，反相电流输出端与另一个电磁铁的电流输入端连接。

本发明的具体步骤如下：

步骤1、将两个试件夹持臂用吊索悬挂在机架上，确保两个试件夹持臂平行；试件的两端分别固定在两个试件夹持臂上。

步骤2、根据试件的材料参数和几何形状参数，利用谐振系统的二自由度解析模型做动力学计算，得共振角频率的估计值：

p′=2EIJl]]>

其中，J为试件夹持臂的转动惯量，E为试件材料的弹性模量，I为试件最小截面的惯性矩，l为试件的有效长度。

步骤3、进行扫频试验，上位机控制信号发生器产生频率由0.3p′～1.3p′线性变化的正弦电流，正弦电流幅值取30～50mA。根据扫频响应，得到谐振系统的精确共振角频率p。同时利用半功率点法，得到系统的阻尼比ξ。

步骤4、根据步骤3的扫频试验结果和试验弯矩要求，进行疲劳试验。由加载力和电磁铁的驱动电流幅值求得驱动电流幅值I_e的初始值；其中，a为永磁铁盒的下端面至试件中心线的距离，取值根据试件的两端直径及试件夹持臂的长度而定；动荷因数ω为加载角频率，初始值的取值范围为0.7p～0.9p；k_m为驱动电流幅值I_e与加载力L之间的比例系数，取值范围为60～100N/A。上位机通过改变信号发生器的信号波形来控制加载角频率ω和电磁铁的驱动电流幅值I_e，使试件受到的弯矩始终保持与试验要求的弯矩一致。

步骤5、每进行20～25万次步骤4的疲劳试验后，重复步骤3，当得到的谐振系统共振角频率与初始状态的共振角频率p相比下降5～8％时，认定试件失效，完成试验。

本发明具有的有益效果是：

本发明利用弯曲(扭转)谐振原理，通过悬浮电磁激励方式进行加载。与传统电磁加载式疲劳试验方法相比，去除了加载力推杆，采用了电磁铁与永磁铁之间的推拉作用来加载，是一种非接触式加载，因而系统噪声小，能耗低，且加载力不会受到局部结构变形和振动的干扰，加载力更加容易控制，可在较大程度上改善试验的精度。

附图说明

图1为本发明使用的装置工作原理示意图；

图2为本发明使用的装置中控制系统的结构示意图；

图3为本发明使用的装置中试件夹持臂及永磁铁盒与试件的整体装配立体图；