本發(fā)明涉及材料檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種用于薄壁構(gòu)件疲勞測(cè)試的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速進(jìn)步，很多機(jī)器裝備正朝著高速、高溫差及高壓的方向發(fā)展，由此造成設(shè)備結(jié)構(gòu)件失效的因素也隨之增多，其中振動(dòng)造成的疲勞失效是最常見的。在航空中的設(shè)備，更是在相當(dāng)嚴(yán)重的振動(dòng)環(huán)境中服役。為了確保航空設(shè)備在服役中的安全使用，故此，對(duì)應(yīng)用在航空制造中的鋁合金薄壁構(gòu)件抗疲勞性能和服役壽命的評(píng)估也變得尤為重要。在實(shí)際環(huán)境中,振動(dòng)是工程結(jié)構(gòu)服役中必須承受的載荷，從目前研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)于薄壁類框架零件的振動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)技術(shù)還不夠成熟，仍然缺少普適性的實(shí)驗(yàn)方法，還沒有建立規(guī)范的實(shí)驗(yàn)步驟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上問題，提供一種用于薄壁構(gòu)件疲勞測(cè)試的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)具有通用可調(diào)性，可以測(cè)試不同結(jié)構(gòu)工件的不同部位；能夠模擬構(gòu)件在不同工況下的受力狀態(tài)，具有足夠的夾持力保證平臺(tái)的穩(wěn)定性，且在該夾持力的作用下不會(huì)使構(gòu)件變形，可以進(jìn)行振動(dòng)疲勞、裂紋分析和振動(dòng)時(shí)效等多個(gè)實(shí)驗(yàn)，從而能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)測(cè)使用年限。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于薄壁構(gòu)件疲勞測(cè)試的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它包括平臺(tái)底座(1)，所述平臺(tái)底座(1)上設(shè)置有激振源測(cè)試裝置和用于固定薄壁構(gòu)件(3)的端頭夾具；所述激振源測(cè)試裝置包括設(shè)置在平臺(tái)底座(1)上的U型支架(4)；所述U型支架(4)底部中心設(shè)置有激光式位移傳感器(19)；所述U型支架(4)上端兩側(cè)垂直對(duì)稱設(shè)置有第一銷軸(15)；所述第一銷軸(15)上活動(dòng)套接有箱體(9)；所述箱體(9)前后兩側(cè)為敞口狀態(tài)；所述箱體(9)與第一銷軸(15)兩端之間設(shè)置有減震彈簧(13)；所述箱體(9)頂端設(shè)置有活塞式激振器(25)；所述箱體(9)內(nèi)水平設(shè)置有第一絲杠(22)；所述第一絲杠(22)上設(shè)置有兩個(gè)相互對(duì)稱的楔塊(24)；所述楔塊(24)下端接觸有上夾板(21)；所述箱體(9)的底蓋(7)上設(shè)置有下夾板(20)；所述上夾板(21)與下夾板(20)相互配合構(gòu)成用于夾住薄壁構(gòu)件(3)的夾具；所述薄壁構(gòu)件(3)上位于激振源測(cè)試裝置一端設(shè)置有速度傳感器(30)和加速度傳感器(31)。

進(jìn)一步的，所述端頭夾具包括設(shè)置在平臺(tái)底座(1)上的夾具底座(37)；所述夾具底座(37)上設(shè)置有U型夾具背板(34)；所述U型夾具背板(34)中心垂直設(shè)置有升降絲杠(33)；所述升降絲杠(33)上螺紋連接升降板(38)；所述夾具背板(34)上端垂直設(shè)置有用于頂住升降板(38)的緊固絲杠(32)。

進(jìn)一步的，所述升降板(38)上均勻設(shè)置有上夾緊塊(35)，每一個(gè)上夾緊塊(35)均單獨(dú)通過(guò)螺栓固定在升降板(38)上；所述夾具底座(37)下端均勻設(shè)置有與上夾緊塊(35)配合的下夾緊塊(36)，每一個(gè)下夾緊塊(36)均單獨(dú)通過(guò)螺栓固定在夾具底座(37)上；所述下夾緊塊(36)上端面與激振源測(cè)試裝置中的下夾板(20)上端面處于同一水平面。

進(jìn)一步的，所述緊固絲杠(32)對(duì)稱設(shè)置兩根。

進(jìn)一步的，所述平臺(tái)底座(1)上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)激振源測(cè)試裝置和端頭夾具之間間距的長(zhǎng)條形T型槽(2)。

進(jìn)一步的，所述第一銷軸(15)上下兩端均設(shè)置有減震橡膠墊(12)；所述箱體(9)與上下減震橡膠墊(12)之間均設(shè)置有減震彈簧(13)。

進(jìn)一步的，所述箱體(9)內(nèi)部?jī)蓚?cè)垂直對(duì)稱設(shè)置有第二銷軸(16)；所述上夾板(21)兩端套接在第二銷軸(16)上；所述第二銷軸(16)上位于上夾板(21)與下夾板(20)之間設(shè)置有壓縮彈簧(8)。

進(jìn)一步的，所述U型支架(4)底部中心設(shè)置有傳感器固定架(17)；所述傳感器固定架(17)內(nèi)設(shè)置有磁鐵(18)；所述激光式位移傳感器(19)設(shè)置在傳感器固定架(17)頂端。

進(jìn)一步的，所述上夾板(21)上端為等腰梯形形狀；所述楔塊(24)內(nèi)側(cè)下端設(shè)置有與上夾板(21)上端面配合的斜面。

進(jìn)一步的，所述活塞式激振器(25)通過(guò)節(jié)流閥(26)連接氣泵。

本發(fā)明的有益效果：

1、平臺(tái)底座上設(shè)置有長(zhǎng)條形的T型槽，激振源測(cè)試裝置和端頭夾具通過(guò)螺栓固定在T型槽上，通過(guò)松動(dòng)螺栓可以調(diào)節(jié)激振源測(cè)試裝置和端頭夾具之間的間距，可以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的薄壁構(gòu)件的振動(dòng)測(cè)試，提高使用范圍。

2、端頭夾具上添加的上下夾緊板可以使得端頭夾具在豎直方向上夾持不同高度的薄壁構(gòu)件，并且在不會(huì)破壞薄壁類構(gòu)件的前提下使夾具能夠夾持平板式、凹槽式等不同形狀的薄壁類構(gòu)件，提高了夾具的通用性。

3、端頭夾具上增加的緊固絲杠與升降絲杠組成三點(diǎn)夾持陣列在提供足夠夾持力的前提下大大增強(qiáng)了夾具在工況下穩(wěn)定性使構(gòu)件在振動(dòng)過(guò)程中不易松動(dòng)脫落。

4、端頭夾具兩側(cè)沒有設(shè)置擋板，每個(gè)上下夾緊塊均獨(dú)立通過(guò)螺栓固定，可以根據(jù)薄壁構(gòu)件的形狀選擇上下夾緊塊個(gè)數(shù)，并且可以對(duì)損壞的夾緊塊進(jìn)行更換，所夾持的薄壁構(gòu)件寬度不受限制，對(duì)于少數(shù)特殊類型的不規(guī)則薄壁構(gòu)件，只需根據(jù)構(gòu)件尺寸加工相應(yīng)的上下夾緊塊形狀就可完成夾持，使用更加靈活方便。

5、本裝置選用活塞式激振器，質(zhì)量輕、在空間任意方向安裝使用、在管路上加節(jié)流閥可調(diào)頻、使用方便，只需用一根通氣管即可，振動(dòng)力大。

6、激振源測(cè)試裝置和端頭夾具的組合設(shè)計(jì)，提供了一種新的工件疲勞測(cè)試、裂紋分析和振動(dòng)時(shí)效的實(shí)驗(yàn)裝置，振幅可調(diào)、傳感器測(cè)量精準(zhǔn)極大的增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的靈活性，對(duì)以往的時(shí)效分析和裂紋分析用的振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)；平臺(tái)底座上的T型槽可以實(shí)現(xiàn)激振源測(cè)試裝置和端頭夾具之間間距的調(diào)節(jié)，箱體前后兩側(cè)為敞口狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)改變激振源的位置真實(shí)反映出工件不同工況下的受力與裂紋分析，所得到的數(shù)據(jù)和結(jié)論更具有說(shuō)服力和權(quán)威性。

7、激振源測(cè)試裝置與支架間彈簧支撐和隔斷的設(shè)計(jì)，在不影響振幅的前提下避免了激振力對(duì)激光測(cè)距傳感器的測(cè)量帶來(lái)的影響。

8、激振源測(cè)試裝置箱體內(nèi)的楔塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，絲杠的使用使夾具部分具有較大的夾持力且不易松動(dòng)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝夾和卸載便利。

9、激光位移傳感器采用強(qiáng)力磁鐵吸附的連接方式，在不破壞工件且測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的前提下實(shí)現(xiàn)了快速更換激光位移傳感器的功能。

附圖說(shuō)明

圖1為一種用于薄壁構(gòu)件疲勞測(cè)試的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中激振源測(cè)試裝置部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中端頭夾具部分的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為端頭夾具部分正面示意圖。

圖5為激振源測(cè)試裝置正面剖視示意圖。

圖6為本設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。

圖7等壁厚對(duì)稱三口型鋁合金薄壁構(gòu)件剖視圖。

圖8等壁厚對(duì)稱三口型鋁合金薄壁構(gòu)件正視圖。

圖中：1、平臺(tái)底座；2、T型槽；3、薄壁構(gòu)件；4、U型支架；7、底蓋；8、壓縮彈簧；9、箱體；12、減震橡膠墊；13、減震彈簧；15、第一銷軸；16、第二銷軸；17、傳感器固定架；18、磁鐵；19、激光式位移傳感器；20、下夾板；21、上夾板；22、第一絲杠；23、軸承；24、楔塊；25、活塞式激振器；26、節(jié)流閥；30、速度傳感器；31、加速度傳感器；32、緊固絲杠；33、升降絲杠；34、夾具背板；35、上夾緊塊；36、下夾緊塊；37、夾具底座；38、升降板。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。

如圖1-圖6所示，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)為：一種用于薄壁構(gòu)件疲勞測(cè)試的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它包括平臺(tái)底座1，所述平臺(tái)底座1上設(shè)置有激振源測(cè)試裝置和用于固定薄壁構(gòu)件3的端頭夾具；所述激振源測(cè)試裝置包括設(shè)置在平臺(tái)底座1上的U型支架4；所述U型支架4底部中心設(shè)置有激光式位移傳感器19；所述U型支架4上端兩側(cè)垂直對(duì)稱設(shè)置有第一銷軸15；所述第一銷軸15上活動(dòng)套接有箱體9；所述箱體9前后兩側(cè)為敞口狀態(tài)；所述箱體9與第一銷軸15兩端之間設(shè)置有減震彈簧13；所述箱體9頂端設(shè)置有活塞式激振器25；所述箱體9內(nèi)水平設(shè)置有第一絲杠22；所述第一絲杠22上設(shè)置有兩個(gè)相互對(duì)稱的楔塊24；所述楔塊24下端接觸有上夾板21；所述箱體9的底蓋7上設(shè)置有下夾板20；所述上夾板21與下夾板20相互配合構(gòu)成用于夾住薄壁構(gòu)件3的夾具；所述薄壁構(gòu)件3上位于激振源測(cè)試裝置一端設(shè)置有速度傳感器30和加速度傳感器31。

優(yōu)選的，所述端頭夾具包括設(shè)置在平臺(tái)底座1上的夾具底座37；所述夾具底座37上設(shè)置有U型夾具背板34；所述U型夾具背板34中心垂直設(shè)置有升降絲杠33；所述升降絲杠33上螺紋連接升降板38；所述夾具背板34上端垂直設(shè)置有用于頂住升降板38的緊固絲杠32。

優(yōu)選的，所述升降板38上均勻設(shè)置有上夾緊塊35，每一個(gè)上夾緊塊35均單獨(dú)通過(guò)螺栓固定在升降板38上；所述夾具底座37下端均勻設(shè)置有與上夾緊塊35配合的下夾緊塊36，每一個(gè)下夾緊塊36均單獨(dú)通過(guò)螺栓固定在夾具底座37上；所述下夾緊塊36上端面與激振源測(cè)試裝置中的下夾板20上端面處于同一水平面。

優(yōu)選的，所述緊固絲杠32對(duì)稱設(shè)置兩根。

優(yōu)選的，所述平臺(tái)底座1上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)激振源測(cè)試裝置和端頭夾具之間間距的長(zhǎng)條形T型槽2。

優(yōu)選的，所述第一銷軸15上下兩端均設(shè)置有減震橡膠墊12；所述箱體9與上下減震橡膠墊12之間均設(shè)置有減震彈簧13。

優(yōu)選的，所述箱體9內(nèi)部?jī)蓚?cè)垂直對(duì)稱設(shè)置有第二銷軸16；所述上夾板21兩端套接在第二銷軸16上；所述第二銷軸16上位于上夾板21與下夾板20之間設(shè)置有壓縮彈簧8。

優(yōu)選的，所述U型支架4底部中心設(shè)置有傳感器固定架17；所述傳感器固定架17內(nèi)設(shè)置有磁鐵18；所述激光式位移傳感器19設(shè)置在傳感器固定架17頂端。

優(yōu)選的，所述上夾板21上端為等腰梯形形狀；所述楔塊24內(nèi)側(cè)下端設(shè)置有與上夾板21上端面配合的斜面。

優(yōu)選的，所述活塞式激振器25通過(guò)節(jié)流閥26連接氣泵。

優(yōu)選的，第一絲杠22與箱體9之間設(shè)置有軸承23。

本發(fā)明具體實(shí)施例：

激光式位移傳感器19采用ZLDS10X激光位移傳感器；速度傳感器30采用DH601磁電式速度傳感器；加速度傳感器31采用DH131壓電式加速度傳感器。

常規(guī)實(shí)驗(yàn)工況下，激光式位移傳感器19由磁鐵吸附在激振源夾持部分的支架底部，速度傳感器30和加速度傳感器31由螺栓固定在靠近激振源的薄壁構(gòu)件上。各傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量并將數(shù)據(jù)輸送到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)而由該系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)線鏈接PC終端，可在電腦操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)振動(dòng)加速度、振動(dòng)速度、振動(dòng)位移的測(cè)試和分析。還能通過(guò)在工件上粘貼金屬應(yīng)變片，完成應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試和分析，最終完成振動(dòng)四大要素的實(shí)時(shí)儲(chǔ)存、實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)分析，其具體數(shù)據(jù)采集示意圖如圖6所示。

激光位移傳感器采用回波分析原理來(lái)測(cè)量距離以達(dá)到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過(guò)激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬(wàn)個(gè)激光脈沖到檢測(cè)物并返回至接收器，處理器計(jì)算激光脈沖遇到檢測(cè)物并返回至接收器所需的時(shí)間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出。

對(duì)等壁厚對(duì)稱三口型鋁合金薄壁構(gòu)件(圖7、8所示)進(jìn)行振動(dòng)疲勞試驗(yàn)，處理方法如下：

第一步，將薄壁構(gòu)件3放入到端頭夾具內(nèi)，對(duì)應(yīng)構(gòu)件凹槽調(diào)整上夾緊塊35與下夾緊塊36的排列位置，旋轉(zhuǎn)升降絲杠33將薄壁構(gòu)件夾緊，同時(shí)旋轉(zhuǎn)緊固絲杠32進(jìn)行固定。

第二步，將薄壁構(gòu)件另一端放入到激振源測(cè)試裝置內(nèi)的上下夾板之間，根據(jù)需要調(diào)整薄壁構(gòu)件夾緊部位，旋轉(zhuǎn)第一絲杠22使上下夾板(21、20)固定住薄壁構(gòu)件。擰緊U型4與平臺(tái)底座1上的緊固螺栓3。

第四步，將加有節(jié)流閥的通氣管道連接氣泵和活塞式激振器25。

第五步，將激光式位移傳感器19吸附在U型支架4底端調(diào)整位置，使光束正對(duì)箱體底蓋7。將速度傳感器30與位移傳感器31用螺栓緊固在靠近激振源的薄壁構(gòu)件上，實(shí)現(xiàn)剛性連接。將各傳感器導(dǎo)線與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用網(wǎng)線將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC終端連接，調(diào)試各傳感器使其正常工作。

第六步，開啟氣泵，通過(guò)PC端數(shù)據(jù)變化調(diào)整節(jié)流閥改變振動(dòng)的頻率或者更換不同型號(hào)的活塞式激振器25使振動(dòng)三要素達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后計(jì)時(shí)開始。

第七步，記時(shí)結(jié)束后，取下薄壁構(gòu)件觀察等壁厚非對(duì)稱三口型鋁合金薄壁構(gòu)件從初始裂紋尺寸擴(kuò)展到臨界裂紋尺寸所經(jīng)歷的時(shí)間和臨界裂紋尺寸的長(zhǎng)度，推算該構(gòu)件的使用壽命、進(jìn)行壽命評(píng)估。

需要說(shuō)明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，由于文字表達(dá)的有限性，而客觀上存在無(wú)限的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)、潤(rùn)飾或變化，也可以將上述技術(shù)特征以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合；這些改進(jìn)潤(rùn)飾、變化或組合，或未經(jīng)改進(jìn)將發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。