多軸疲勞試驗的制造方法
【專利摘要】一種多軸疲勞試驗機(jī)，采用驅(qū)動裝置提供循環(huán)動力，通過傳力臂、滑動裝置以及傳力彈簧將循環(huán)作用力傳至試件，使試件處于多軸疲勞應(yīng)力狀態(tài)。采用選擇驅(qū)動裝置連接不同位置的螺栓孔的方式，調(diào)節(jié)試件所承受的多軸應(yīng)力幅荷載；采用更換不同勁度系數(shù)的傳力彈簧的方式，調(diào)節(jié)試件所承受的應(yīng)力幅荷載；采用改變固定裝置在滑道內(nèi)的移動位移大小，施加不同大小的單向初始應(yīng)力或者多向初始應(yīng)力；由此可知，本發(fā)明所述的多軸疲勞試驗機(jī)可以根據(jù)不同的受力環(huán)境，選擇合理的應(yīng)力幅大小以及初始應(yīng)力大小，進(jìn)行構(gòu)件的多軸疲勞試驗。
【專利說明】多軸疲勞試驗機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)多軸試驗機(jī)，屬于結(jié)構(gòu)試驗領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬疲勞破壞是個十分普遍的現(xiàn)象，在航空航天、海洋及陸地運(yùn)輸、房屋建筑以及核能化工等領(lǐng)域中都是最主要的失效模式之一。據(jù)近一百多年來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，金屬部件中有占80%以上的損壞是由于疲勞而引起。在工程實際中，大多數(shù)機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)承受多軸循環(huán)載荷作用，即使在單軸外載荷的作用下，由于工程結(jié)構(gòu)幾何形狀比較復(fù)雜，其局部仍為多軸應(yīng)力狀態(tài)，相應(yīng)地，其失效類型也屬于多軸疲勞失效。
[0003]疲勞理論從發(fā)展之初，人們僅僅在單軸疲勞方面進(jìn)行著深入而全面的研究。由于試驗條件和知識水平的局限，對多軸疲勞的研究始終比較緩慢。目前針對多軸疲勞研究，大多基于理論研究即損傷模型的建立與預(yù)測。主要包括3類:等效應(yīng)力應(yīng)變法，能量法和臨界平面法。早期的解決多軸疲勞問題方法是基于單軸疲勞問題研究的成果，以應(yīng)力(高循環(huán)疲勞)或應(yīng)變(低循環(huán)疲勞)組合量來作為多軸疲勞的損傷參數(shù)，但預(yù)測結(jié)果往往與實際往往差別較大。能量法認(rèn)為多軸疲勞損傷與材料循環(huán)塑性變形及塑性應(yīng)變能密切相關(guān)，精度較高，但其推導(dǎo)過程復(fù)雜，不易實際應(yīng)用。臨界平面法是在物理觀察的基礎(chǔ)上提出的一種新的方法，現(xiàn)已經(jīng)被認(rèn)為是解決多軸疲勞問題最有效的方法，但限于目前多軸疲勞實驗條件的限制，許多多軸損傷參數(shù)仍需進(jìn)一步探討以及實驗驗證。
[0004]由此可知，有必要提出一種多軸疲勞試驗機(jī)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多軸疲勞試驗機(jī)，其通過對構(gòu)件施加多向循環(huán)荷載，并采用應(yīng)力幅調(diào)節(jié)的方式模擬不同受力情況下構(gòu)件，從而為多軸疲勞研究人員提供了一種有效的研究方法。
[0006]為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案:
一種多軸疲勞試驗機(jī)，用于構(gòu)件的多軸疲勞實驗，包括驅(qū)動裝置、傳力臂、滑動裝置、固定裝置、傳力彈簧、固定彈簧、試件機(jī)架、滑道、數(shù)顯式測力計；試件位于各滑道交匯處，并固定在試件機(jī)架上，試件一側(cè)通過傳力彈簧與數(shù)顯式測力計相連，數(shù)顯式測力計另一端與滑動裝置相連，兩滑動裝置分別位于互相垂直的兩滑道內(nèi)；此外，兩滑動裝置還與傳力臂相連，傳力臂一側(cè)與驅(qū)動裝置相連；當(dāng)驅(qū)動裝置產(chǎn)生循環(huán)動力時，分別帶動兩滑動裝置同時運(yùn)動；與滑動裝置相對應(yīng)的是兩固定裝置，兩固定裝置分別位于與滑動裝置相對應(yīng)的兩滑道內(nèi)，并通過固定彈簧、數(shù)顯式測力計與試件相連；固定裝置與滑道底部之間的距離足夠大，并且固定裝置底部、滑道底部分別設(shè)置一永久性磁鐵、電磁鐵。
[0007]所述驅(qū)動裝置包括轉(zhuǎn)動電機(jī)、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動剛片①、轉(zhuǎn)動剛片②；轉(zhuǎn)動電機(jī)與轉(zhuǎn)動軸相連，轉(zhuǎn)動軸通過焊接與轉(zhuǎn)動剛片①相連，轉(zhuǎn)動剛片①再通過螺栓與轉(zhuǎn)動剛片②相連。其原理是通過轉(zhuǎn)動電機(jī)提供循環(huán)作用力依次傳遞至轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動剛片①、轉(zhuǎn)動剛片②、傳力臂，并最終將循環(huán)作用力傳至試件。
[0008]所述傳力臂通過螺栓分別與兩個滑動裝置相連。
[0009]所述兩固定裝置分別與兩固定彈簧相連，兩固定彈簧還與數(shù)顯式測力計相連。
[0010]所述固定裝置包括滑體、滑輪、永久磁鐵、電磁鐵以及滑輪導(dǎo)槽等；滑體兩邊分別設(shè)置滑輪，滑墻中部設(shè)置滑槽，滑輪置于滑槽內(nèi)；永久磁鐵置于滑體內(nèi)部底端，并在滑體正下方滑槽底部設(shè)置電磁鐵，當(dāng)電磁鐵接通電源時電磁鐵與永久磁鐵產(chǎn)生磁場，在磁場的作用下滑體受壓，使滑輪與滑槽之間的摩擦力增大，以固定的滑體；斷開電磁鐵兩端電源即可使其與永久磁鐵間的磁場消失，使滑塊可以沿著滑道內(nèi)自由移動。
[0011]所述滑動裝置是一種簡化的固定裝置，包括滑體、滑輪、滑墻以及滑輪導(dǎo)槽等。
[0012]所述滑體兩邊分別設(shè)置滑輪，滑墻中部設(shè)置滑槽，滑輪置于滑槽內(nèi)；兩滑動裝置可在互相垂直的滑道內(nèi)自由移動。
[0013]所述傳力臂上分別設(shè)置了一定數(shù)量的螺栓孔，每個螺栓孔均可通過螺栓與驅(qū)動裝置連接。
[0014]所述固定裝置底部與滑道底部之間的距離足夠大。
[0015]由此可知，一種多軸疲勞試驗機(jī)，利用所述驅(qū)動裝置內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)動電機(jī)提供循環(huán)動力，通過轉(zhuǎn)動剛片將力傳至傳力臂，傳力臂將力傳至滑動裝置，滑塊通過傳力彈簧再將循環(huán)作用力傳至試件，使試件處于多軸循環(huán)受力狀態(tài)。
[0016]根據(jù)以上的技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn):
(I)當(dāng)應(yīng)力幅不滿足要求時，可根據(jù)實際構(gòu)件需要，選擇不同勁度系數(shù)的傳力彈簧，使得在相同的彈簧伸長量情況下，可以施加不同的疲勞應(yīng)力幅荷載。
[0017](2)由于兩固定裝置分別與兩固定彈簧相連，兩固定彈簧又與分別與數(shù)顯式測力計相連。隨著固定裝置(未通電)的自由移動，使試件初始受力狀態(tài)改變，可進(jìn)行具有單向或雙向初始應(yīng)力狀態(tài)下的多軸疲勞實驗，并且初始應(yīng)力可由數(shù)顯式測力計控制。
[0018](3)驅(qū)動裝置連接不同位置的螺栓孔時，傳力臂可以獲得不同轉(zhuǎn)動半徑，使滑動裝置在所述滑道內(nèi)的滑動位移改變，并導(dǎo)致試件的受力大小改變，最終可以施加不同大小的應(yīng)力幅荷載。
[0019]由此可知，本發(fā)明提供的多軸疲勞試驗機(jī)，即可模擬由單項初始應(yīng)力狀態(tài)下的多軸疲勞實驗，又可模擬多向初始應(yīng)力狀態(tài)下的多軸疲勞實驗，還可以模擬不同應(yīng)力幅荷載狀態(tài)下的多軸疲勞實驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0021]圖1為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)示意圖；
圖2為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)驅(qū)動裝置示意圖；
圖3為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)固定裝置俯視圖；
圖4為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)固定裝置A-A剖面圖；
圖5為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)固定裝置B-B剖面圖；
圖6為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)滑動裝置示意圖；
圖7為為本發(fā)明多軸疲勞實驗機(jī)實驗機(jī)架； 圖1中，(I)驅(qū)動裝置；(2)傳力臂；(3)電磁鐵區(qū)域；(4)固定裝置；(5)固定彈簧；(6)傳力彈簧；(7)數(shù)顯式測力計；(8)螺栓①；(9)滑動裝置；(10)試件機(jī)架；(11)滑道；
圖2中，(Ia)轉(zhuǎn)動機(jī)；(Ib)轉(zhuǎn)動軸；(Ic)轉(zhuǎn)動剛片①；(Id)轉(zhuǎn)動剛片②；(Ie)螺栓②； 圖3中，(4a)滑體；(4b)滑輪；(4c)滑墻；
圖4中，(4d)永久磁鐵；(4e)電磁鐵；(4f)實驗機(jī)底座；(4g)導(dǎo)線；(4f)電源；
圖5中，(4i)滑輪導(dǎo)槽
圖7中，(1a)實驗臺;(1a)支架;(1a)螺栓③。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明多軸疲勞試驗機(jī)，用于構(gòu)件的多軸疲勞實驗，包括驅(qū)動裝置
(I)、傳力臂(2)、滑動裝置(9)、固定裝置(4)、固定彈簧(5)、傳力彈簧(6)、數(shù)顯式測力計
(7)、實驗機(jī)架(10)以及滑道(11)，其中:
所述試件位于各滑道(11)交匯處，并固定在試件機(jī)架(10)上，試件一側(cè)通過傳力彈簧
(6)與數(shù)顯式測力計(7)相連，數(shù)顯式測力計(7)另一端與滑動裝置(9)相連，兩滑動裝置
(9)分別位于互相垂直的兩滑道(11)內(nèi)，同時兩滑動裝置(9)與傳力臂(2)相連，傳力臂(2)一側(cè)與驅(qū)動裝置(I)相連；
如圖2所示，所述驅(qū)動裝置(I)主要由轉(zhuǎn)動電機(jī)(la)、轉(zhuǎn)動軸(lb)、轉(zhuǎn)動剛片①(lc)、轉(zhuǎn)動剛片②(Id)、螺栓(Ie)等組成。所述轉(zhuǎn)動電機(jī)(Ia)與轉(zhuǎn)動軸(Ib)相連，轉(zhuǎn)動軸(Ib)與轉(zhuǎn)動剛片①(Ic)相連，轉(zhuǎn)動剛片①(Ic)再與轉(zhuǎn)動剛片②(Id)相連，轉(zhuǎn)動剛片②(Id)通過螺栓(Ie)與傳力臂(2)相連。所述轉(zhuǎn)動電機(jī)(Ia)提供循環(huán)動力，并依次帶動轉(zhuǎn)動軸(lb)、轉(zhuǎn)動剛片①(lc)、轉(zhuǎn)動剛片②(Id)以及傳力臂(2)作往復(fù)運(yùn)動，最終通過傳力彈簧(6)使試件循環(huán)受力。
[0024]如圖1所示，所述傳力臂(2)上分別設(shè)置了一定數(shù)量的螺栓孔，該螺栓孔均可通過螺栓與驅(qū)動裝置(I)連接，當(dāng)驅(qū)動裝置(I)連接不同位置的螺栓孔時，傳力臂(2)可以獲得不同轉(zhuǎn)動半徑，使滑動裝置(9)在所述滑道(11)內(nèi)的滑動位移改變，從而使構(gòu)件的受力改變；由此可知，通過選擇傳力臂(2)上的螺栓孔，可調(diào)節(jié)試件所受的應(yīng)力幅荷載，選擇遠(yuǎn)離滑動裝置(9) 一端的螺栓孔可增大應(yīng)力幅荷載，選擇靠近滑動裝置(9) 一端的螺栓孔可減小應(yīng)力幅荷載。
[0025]如圖3、4、5所示，所述固定裝置(4)包括滑體(4a)、滑輪(4b)、永久磁鐵(4d)、電磁鐵(4e)以及滑輪導(dǎo)槽(4i)(下面簡稱滑槽);滑體(4a)兩邊分別設(shè)置滑輪(4b)，滑墻(4c)中部設(shè)置滑槽(4i)，滑輪(4b)置于滑槽(4i)內(nèi)；永久磁鐵(4d)置于滑體(4a)內(nèi)部底端，并在滑體(4a)正下方滑槽(4i)底部設(shè)置電磁鐵(4e)，所述固定裝置(4)底部與滑道(11)底部之間的距離足夠大；當(dāng)電磁鐵(4e)接通電源(4h)時電磁鐵(4e)與永久磁鐵(4d)產(chǎn)生磁場，在磁場的作用下滑體(4a)受壓，使滑輪(4b)與滑槽(4i)之間的摩擦力增大，以固定的滑體(4a);斷開電磁鐵(4e)兩端電源(4h)即可使其與永久磁鐵(4d)間的磁場消失，使滑體(4a)可以沿著滑道內(nèi)自由移動；所述固定裝置(4)還通過固定彈簧(5)、數(shù)顯式測力計與試件相連，利用固定裝置在滑道(11)內(nèi)的移動位移將力分別傳至固定彈簧(5)、數(shù)顯式測力計，并最終傳至試件，以施加試件的初始應(yīng)力，具體初始應(yīng)力大小可通過數(shù)顯式測力計控制。由此可知，通過改變兩固定裝置(4)在滑道(11)內(nèi)的移動距離，既可以單向施加不同大小的初始應(yīng)力，又可以多向施加不同大小的初始應(yīng)力。
[0026]如圖6所示，所述滑動裝置(9)是一種簡化的固定裝置，包括滑體、滑輪以及滑輪導(dǎo)槽?；w兩邊分別設(shè)置滑輪，并在滑墻中部設(shè)置滑槽，同時滑輪置于滑槽內(nèi)；兩滑動裝置可在互相垂直的滑道內(nèi)自由移動。所述滑動裝置(9)與傳力彈簧(6)相連，傳力彈簧(6)與試件相連。所述傳力彈簧(6)可更換，當(dāng)應(yīng)力幅荷載不滿足要求時，可更換成勁度系數(shù)更小或者更高的傳力彈簧(6)，以獲得更小或者更大的應(yīng)力幅荷載。由此可知，通過更換不同勁度系數(shù)的傳力彈簧(6)可調(diào)節(jié)試件所受的應(yīng)力幅荷載。
[0027]如圖7所示，試件位于各滑道(11)交匯處，并固定在試件機(jī)架(10)上，所述試件機(jī)架主要由實驗臺(10a)、支架(1b)以及螺栓③(1c)組成，支架(1b)上端通過螺栓(1c)與實驗臺(1a)相連，支架(1b)下端通過螺栓③(1c)與地基相連。其所述支架(1b)可更換，以滿足不同高度的試件。實驗過程中，首先利用夾片或者螺栓等固定機(jī)具將試件于實驗臺上，然后根據(jù)試件的受力環(huán)境選擇合理高度的支架，最后分別用螺栓將支架兩端固定，保證了試件在實驗過程中試件受力的相對穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸疲勞試驗機(jī)，包括驅(qū)動裝置、傳力臂、滑動裝置、固定裝置、傳力彈簧、固定彈簧、試件機(jī)架、滑道、數(shù)顯式測力計；其特征在于:試件位于各滑道交匯處，并固定在試件機(jī)架上，試件一側(cè)通過傳力彈簧與數(shù)顯式測力計相連，數(shù)顯式測力計另一端與滑動裝置相連，兩滑動裝置分別位于互相垂直的兩滑道內(nèi)；此外，兩滑動裝置還與傳力臂相連，傳力臂一側(cè)與驅(qū)動裝置相連；與滑動裝置相對應(yīng)的是兩固定裝置，兩固定裝置分別位于與滑動裝置相對應(yīng)的兩滑道內(nèi)，并通過固定彈簧、數(shù)顯式測力計與試件相連；固定裝置與滑道底部之間的距離足夠大，固定裝置底部、滑道底部分別設(shè)置一永久性磁鐵、電磁鐵； 所述驅(qū)動裝置包括轉(zhuǎn)動電機(jī)、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動剛片①、轉(zhuǎn)動剛片②；轉(zhuǎn)動電機(jī)與轉(zhuǎn)動軸相連，轉(zhuǎn)動軸通過焊接與轉(zhuǎn)動剛片①相連，轉(zhuǎn)動剛片①再通過螺栓與轉(zhuǎn)動剛片②相連； 所述傳力臂通過螺栓分別與兩個滑動裝置相連； 所述兩固定裝置分別與兩固定彈簧相連，兩固定彈簧還與數(shù)顯式測力計相連； 所述固定裝置包括滑體、滑輪、永久磁鐵、電磁鐵以及滑輪導(dǎo)槽；滑體兩邊分別設(shè)置滑輪，滑墻中部設(shè)置滑槽，滑輪置于滑槽內(nèi)；永久磁鐵置于滑體內(nèi)部底端，并在滑體正下方滑槽底部設(shè)置電磁鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種多軸疲勞試驗機(jī)，其特征在于:所述滑動裝置是一種簡化的固定裝置，包括滑體、滑輪、滑墻以及滑輪導(dǎo)槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述，一種多軸疲勞試驗機(jī)，其特征在于:所述滑體兩邊分別設(shè)置滑輪，滑墻中部設(shè)置滑槽，滑輪置于滑槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種多軸疲勞試驗機(jī)，其特征在于:所述傳力臂上分別設(shè)置了一定數(shù)量的螺栓孔，每個螺栓孔均可通過螺栓與驅(qū)動裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種多軸疲勞試驗機(jī)，其特征在于:所述固定裝置底部與滑道底部之間的距離足夠大。
【文檔編號】G01N3/38GK104132857SQ201410355547
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】傅中秋, 朱偉, 吉伯海, 袁周致遠(yuǎn) 申請人:河海大學(xué)