CN107703006A - 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 - Google Patents
拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107703006A CN107703006A CN201711119547.3A CN201711119547A CN107703006A CN 107703006 A CN107703006 A CN 107703006A CN 201711119547 A CN201711119547 A CN 201711119547A CN 107703006 A CN107703006 A CN 107703006A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- torsional fatigue
- unit
- bottom plate
- clamp body
- pass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 230000036316 preload Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 3
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 3
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/26—Investigating twisting or coiling properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/04—Chucks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0005—Repeated or cyclic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0017—Tensile
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0026—Combination of several types of applied forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/005—Electromagnetic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0073—Fatigue
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/04—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils
- G01N2203/0423—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils using screws
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明涉及一种拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，属于精密仪器技术领域。采用卧式布置，包括拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元、试件夹持单元，所述拉伸单元与扭转疲劳单元分别布置在试件两侧，且与试件在同一轴线上；所述拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元以及试件夹持单元全部安装在底板上；磁场、热场加载置于拉伸单元和扭转疲劳单元之间，实现力热磁的耦合加载。优点在于：测试精度较高，结构较为简单，易于实现。可以实现拉伸、扭转疲劳以及拉伸预载荷下扭转疲劳的复合加载；可实现力电热磁的耦合加载；可实时观察材料在承受扭转疲劳时裂纹扩展等微观结构变化。
Description
技术领域
本发明涉及材料微观力学性能测试领域的精密科学仪器领域，特别涉及一种拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置。该仪器可以与光学显微镜以及电热磁场集成使用，为研究承受拉伸预载荷下扭转疲劳材料的失效机制，裂纹扩展等提供了有效方法。
背景技术
材料的发展很大程度的推动了社会的进步，但同时随着科技的进步，人类对于材料的使用要求越来越高，使用条件也愈加复杂。虽然材料科学技术飞速发展，但目前主要的研究领域集中于新材料的开发与应用，对于材料自身特性的表征与评价技术发展缓慢，能真实模拟材料实际服役条件的力学性能测试装置十分稀少。显然，如果应用传统的测试装置不能完全体现出一些构件实际的受力状态，所以测得的力学参数也不具有绝对的参考价值。
此外，汽车主轴，机床传动轴等在实际服役过程中承受的是拉伸、扭转疲劳甚至电热磁场等一系列复合载荷的交互作用，而这些实际的外界因素都会对材料力学性能产生较大的影响。因此，依据单一载荷下测得力学参数进行结构设计很难保证构件的可靠性。如果能在材料力学性能测试中，开发一种可以提供接近材料真实受力情况，模拟材料所处的真实环境的力学测试仪器，就能更加准确的获得材料在实际服役条件下的力学性能，从而更加有效的避免由于材料失效引起的一系列重大事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明具有以下特点：（1）可以实现拉伸、扭转疲劳的单一载荷加载以及拉伸预载荷下扭转疲劳的复合加载；（2）通过双厚错齿齿轮机构，消除了齿轮齿条传动的轴向间隙，保证疲劳载荷加载的对称性；（3）可以与电场、热场以及磁场耦合，实现力电热磁的耦合加载；（4）可以与光学显微镜集成使用，实现对材料在扭转疲劳载荷下组织演化、损伤机理等微观特性的动态监测。本发明提供了一种可以模拟材料真实服役状态下的扭转疲劳的实验方法，对于揭示材料失效的微观变化具有重要意义。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，采用卧式布置，包括拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元、试件夹持单元，所述拉伸单元与扭转疲劳单元分别布置在试件41两侧，且与试件41在同一轴线上；所述拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元以及试件夹持单元全部安装在底板2上；磁场、热场加载置于拉伸单元和扭转疲劳单元之间，实现力热磁的耦合加载。
所述的拉伸单元采用交流伺服电动机1提供动力，经过蜗轮Ⅰ、Ⅱ4、9、蜗杆Ⅰ、Ⅱ5、7减速后带动丝杠11旋转，丝杠螺母副将丝杠11的旋转运动转换为螺母12的直线运动，从而实现拉伸力的加载；其中所述交流伺服电动机1通过电机支座3固定在底板2上，蜗杆Ⅰ5连接到交流伺服电动机1输出轴上；所述蜗轮Ⅰ4、蜗杆Ⅱ7连接到轴Ⅰ6上，轴Ⅰ6通过轴支座8固定在底板2上；所述蜗轮Ⅱ9通过平键连接到丝杠11上，丝杠11经过丝杠支座10连接到底板2上；所述螺母12连接到螺母支座13上，螺母支座13通过滑块Ⅲ、Ⅳ39、40连接到导轨Ⅱ、Ⅲ38、43上，导轨Ⅱ、Ⅲ38、43通过内六角螺钉连接到支撑板34上，支撑板34固定在底板2上。
所述的扭转疲劳单元采用电磁激振器21作为驱动器，经过齿轮19、齿条22将电磁激振器21的往复直线运动转变为轴Ⅱ33的往复旋转运动，从而实现扭转疲劳载荷的加载；其中，所述的轴Ⅱ33通过扭转轴支座18固连在底板2上，电磁激振器21固定在底板2上，电磁激振器21通过螺纹连接的方式与齿条22固连；所述齿条22通过滑块Ⅰ、Ⅱ23、28连接到导轨Ⅰ30上，导轨Ⅰ30连接到高度可调式底板29上，高度可调式底板29通过凹槽嵌入底板2中；所述齿轮19通过键连接的方式连接到轴Ⅱ33上。
所述的力信号与位移信号检测单元包括拉力传感器14、扭矩传感器17、直线光栅位移传感器以及编码器20；所述拉力传感器14一端通过螺纹连接到螺母支座13上，另一端连接到夹具体支座Ⅰ15上；所述扭矩传感器17通过法兰连接的方式，一端连接到轴Ⅱ33，另一端连接到夹具体Ⅱ24上；所述直线光栅位移传感器包括光栅尺36及读数头37，所述光栅尺36通过光栅尺支座35固定在底板2上，读数头37固定在夹具体支座Ⅰ15上，通过测量夹具体支座Ⅰ15的位移间接测量试件的变形量，所述编码器20通过编码器联轴器32与轴Ⅱ33连接，实现往复旋转角度以及疲劳周次的测量，其中编码器20通过支架31固连在底板2上。
所述的试件夹持单元包括压板Ⅰ、Ⅱ25、26及夹具体Ⅰ、Ⅱ27、24，所述夹具体Ⅰ27通过螺纹连接到夹具体支座Ⅰ15上，夹具体Ⅱ24通过夹具体支座Ⅱ16连接到底板2上；所述夹具体Ⅰ、Ⅱ27、24加工有仿形凹槽，实现试件42的定位，压板Ⅰ、Ⅱ25、26分别通过内六角螺钉固连在夹具体Ⅱ、Ⅰ24、27上，施加夹紧力。
所述的齿轮19、齿条22采用双厚齿轮错齿结构消除啮合间隙，保证电磁激振器21的输出位移完全转换为试件41的扭转位移；其中，双厚错齿齿轮调整错齿角度后通过螺栓42锁紧。所述的高度可调式底板29调整齿轮齿条啮合的径向间隙，高度式可调底板29通过四个梯形凹槽进行定位，通过下方四个平头螺钉进行高度的调整。
本发明的有益效果在于：测试精度较高，结构较为简单，易于实现。与现有其他扭转疲劳设备相比，本发明具有以下特点和优势：（1）可以实现拉伸、扭转疲劳以及拉伸预载荷下扭转疲劳的复合加载；（2）可以与电场、热场以及磁场耦合，实现力电热磁的耦合加载；（3）可以与光学显微镜集成使用实现原位观测，实时观察材料在承受扭转疲劳时裂纹扩展等微观结构变化。总之，本发明为研究承受拉伸预载荷下动态扭转疲劳材料的失效机制、裂纹扩展等提供了有效方法，具有很强的实用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的整体外观结构示意图；
图2为本发明的扭转疲劳单元结构示意图；
图3为本发明的拉伸单元结构示意图；
图4为本发明的试件夹持单元结构示意图；
图5为本发明的齿轮齿条消隙结构示意图。
图中：1、交流伺服电动机；2、底板；3、电机支座；4、蜗轮Ⅰ；5、蜗杆Ⅰ；6、轴Ⅰ；7、蜗杆Ⅱ；8、轴支座；9、蜗轮Ⅱ；10、丝杠支座；11、丝杠；12、螺母；13、螺母支座；14、拉力传感器；15、夹具体支座Ⅰ；16、夹具体支座Ⅱ；17、扭矩传感器；18、扭转轴支座；19、齿轮；20、编码器；21、电磁激振器；22、齿条；23、滑块Ⅰ；24、夹具体Ⅱ；25、压板Ⅰ；26、压板Ⅱ；27、夹具体Ⅰ；28、滑块Ⅱ；29、高度可调式底板；30、导轨Ⅰ；31、支架；32、编码器联轴器；33、轴Ⅱ；34、支撑板；35、光栅尺支座；36、光栅尺；37、读数头；38、导轨Ⅱ；39、滑块Ⅲ；40、滑块Ⅳ；41、试件；42、螺栓；43、导轨Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示，本发明的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，采用卧式布置，包括拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元、试件夹持单元，所述拉伸单元与扭转疲劳单元分别布置在试件42两侧，且与试件42在同一轴线上；所述拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元以及试件夹持单元全部安装在底板2上；装置中心区域预留了较大空间，磁场、热场加载可置于拉伸单元和扭转疲劳单元之间，实现力热磁的耦合加载；原位观测单元可置于装置正上方。
参见图3所示，所述的拉伸单元采用交流伺服电动机1提供动力，经过蜗轮Ⅰ、Ⅱ4、9、蜗杆Ⅰ、Ⅱ5、7减速后带动丝杠11旋转，丝杠螺母副将丝杠11的旋转运动转换为螺母12的直线运动，从而实现拉伸力的加载；其中所述交流伺服电动机1通过电机支座3固定在底板2上，蜗杆Ⅰ5连接到交流伺服电动机1输出轴上；所述蜗轮Ⅰ4、蜗杆Ⅱ7连接到轴Ⅰ6上，轴Ⅰ6通过轴支座8固定在底板2上；所述蜗轮Ⅱ9通过平键连接到丝杠11上，丝杠11经过丝杠支座10连接到底板2上；所述螺母12连接到螺母支座13上，螺母支座13通过滑块Ⅲ、Ⅳ39、40连接到导轨Ⅱ、Ⅲ38、43上，导轨Ⅱ、Ⅲ38、43通过内六角螺钉连接到支撑板34上，支撑板34固定在底板2上。
参见图2所示，所述的扭转疲劳单元采用电磁激振器21作为驱动器，经过齿轮19、齿条22将电磁激振器21的往复直线运动转变为轴Ⅱ33的往复旋转运动，从而实现扭转疲劳载荷的加载；其中，所述的轴Ⅱ33通过扭转轴支座18固连在底板2上，电磁激振器21固定在底板2上，电磁激振器21通过螺纹连接的方式与齿条22固连；所述齿条22通过滑块Ⅰ、Ⅱ23、28连接到导轨Ⅰ30上，导轨Ⅰ30连接到高度可调式底板29上，高度可调式底板29通过凹槽嵌入底板2中；所述齿轮19通过键连接的方式连接到轴Ⅱ33上。
所参见图1及图3所示，所述的力信号与位移信号检测单元包括拉力传感器14、扭矩传感器17、直线光栅位移传感器以及编码器20；所述拉力传感器14一端通过螺纹连接到螺母支座13上，另一端连接到夹具体支座Ⅰ15上；所述扭矩传感器17通过法兰连接的方式，一端连接到轴Ⅱ33，另一端连接到夹具体Ⅱ24上；所述直线光栅位移传感器包括光栅尺36及读数头37，所述光栅尺36通过光栅尺支座35固定在底板2上，读数头37固定在夹具体支座Ⅰ15上，通过测量夹具体支座Ⅰ15的位移间接测量试件的变形量，有效避免了拉伸力传感器变形引起的试件位移测量误差；所述编码器20通过编码器联轴器与轴Ⅱ33连接，实现往复旋转角度以及疲劳周次的测量，其中编码器20通过支架31固连在底板2上。
参见图4所示，所述的试件夹持单元包括压板Ⅰ、Ⅱ25、26及夹具体Ⅰ、Ⅱ27、24，所述夹具体Ⅰ27通过螺纹连接到夹具体支座Ⅰ15上，夹具体Ⅱ24通过夹具体支座Ⅱ16连接到底板2上；所述夹具体Ⅰ、Ⅱ27、24加工有仿形凹槽，实现试件42的定位，压板Ⅰ、Ⅱ25、26分别通过内六角螺钉固连在夹具体Ⅱ、Ⅰ24、27上，施加夹紧力。
参见图5所示，所述的齿轮19、齿条22采用双厚齿轮错齿结构消除啮合间隙，保证电磁激振器21的输出位移完全转换为试件41的扭转位移；其中，双厚错齿齿轮调整错齿角度后通过螺栓（42）锁紧。所述的高度可调式底板29调整齿轮齿条啮合的径向间隙，高度式可调底板29通过四个梯形凹槽进行定位，通过下方四个平头螺钉进行高度的调整。
本发明的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，中心区域预留了较大空间，可以与电场、热场以及磁场耦合使用，实现力电热磁的耦合加载，从而真实模拟材料实际的服役状态。拉伸单元采用交流伺服电机经过两级蜗轮蜗杆减速增扭后，实现拉伸载荷的加载；扭转疲劳单元采用电磁激振器作为驱动器，经齿轮齿条机构传动，实现扭转疲劳载荷的加载；力信号与位移信号检测单元采用力传感器、直线光栅位移传感器和光电编码器进行信号采集。本测试装置可实现拉伸加载，扭转疲劳加载、拉伸预载荷下动态扭转疲劳的复合加载。此外，装置中心区域预留了一定空间，可以实现力热、力磁的耦合加载与测试。装置整体结构较小，可以与光学显微镜集成使用，实时动态监测扭转疲劳裂纹的扩展行为，实现原位观测。本装置实现了拉伸、扭转疲劳的耦合加载，原理可靠，能对扭矩及扭转角度进行精确测量，同时通过双厚齿轮错齿结构的巧妙设计，消除了扭转疲劳加载的传动间隙，动态性能好，可以精确测试和分析扭转疲劳下材料的力学性能和失效机制，具有广阔的应用前景。
参见图1到图5所示，发明的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，在测试仪器安装前，首先需要对拉力传感器、扭矩传感器、光栅直线位移传感器以及编码器进行标定与校准，之后在进行仪器的安装与调试。在每次实验结束之后，必须将夹具体Ⅰ、Ⅱ回归原位，以便下一次实验试件的装夹。
本发明的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其具体的测试方法如下：
a. 在每次实验开始之前，首先检查夹具体Ⅰ、Ⅱ是否在零位，可以利用软件记录夹具体Ⅰ、Ⅱ零点的绝对位置，从而使夹具体Ⅰ、Ⅱ每次实验之后都可以精准的回到零点，便于试件的装夹。
b. 将试件放入下夹具体Ⅰ、Ⅱ的凹槽之中，夹紧，并且将拉力传感器、扭矩传感器和光栅直线位移传感器的示数全部清零。
c. 之后进行拉伸预载荷参数设置，本发明的拉伸加载模式可以采用力加载模式或者速度加载模式，力加载模式即通过拉力传感器的实时测量来反馈控制加载力的大小，速度加载模式即通过光栅直线位移传感器的实时测量量进行反馈控制加载速度的大小。根据不同的实验需求可以选用不同的加载模式。
d. 拉伸预载荷加载结束后对试件施加扭转疲劳载荷，根据不同的实验要求，控制电磁激振器的激振频率，从而控制扭转疲劳试验的相关参数；
e. 如果实验过程中需要进行原位观测，需要将本发明放置于光学显微镜下，试件也需要进行抛光腐蚀处理，以便实时动态观测材料在扭转疲劳下裂纹的扩展机制。
本发明通过测量扭转疲劳的扭转角度以及循环周次，绘制出不同扭转频率下材料的S-N曲线，还能根据获得扭矩一扭角曲线线性阶段获得材料的切变模量G等力学参数，具体公式如下：
切变模量G=
其中，为扭矩增量，为转角增量，为标距长度，为试样直径；
平均应力；
其中为最大应力，为最小应力；
应力幅：;
应力比：;
材料的力学性能主要表现在材料在载荷作用下的变形和破坏性能等。材料的弹性模量、剪切模量、断裂极限、疲劳强度等参数是材料力学性能测试中最主要的测试对象。通过扭转疲劳测试能够测量材料的剪切模量、疲劳强度、循环周次等一系列指标,从而衡量材料在承受扭转疲劳时的力学性能。此外，原位观测对于疲劳裂纹扩展机制的研究也有很大帮助。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其特征在于：采用卧式布置，包括拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元、试件夹持单元，所述拉伸单元与扭转疲劳单元分别布置在试件（41）两侧，且与试件（41）在同一轴线上；所述拉伸单元、扭转疲劳单元、力信号与位移信号检测单元以及试件夹持单元全部安装在底板（2）上；磁场、热场加载置于拉伸单元和扭转疲劳单元之间，实现力热磁的耦合加载。
2.根据权利要求1所述的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的拉伸单元采用交流伺服电动机（1）提供动力，经过蜗轮Ⅰ、Ⅱ（4、9）、蜗杆Ⅰ、Ⅱ（5、7）减速后带动丝杠（11）旋转，丝杠螺母副将丝杠（11）的旋转运动转换为螺母（12）的直线运动，从而实现拉伸力的加载；其中所述交流伺服电动机（1）通过电机支座（3）固定在底板（2）上，蜗杆Ⅰ（5）连接到交流伺服电动机（1）输出轴上；所述蜗轮Ⅰ（4）、蜗杆Ⅱ（7）连接到轴Ⅰ（6）上，轴Ⅰ（6）通过轴支座（8）固定在底板（2）上；所述蜗轮Ⅱ（9）通过平键连接到丝杠（11）上，丝杠（11）经过丝杠支座（10）连接到底板（2）上；所述螺母（12）连接到螺母支座（13）上，螺母支座（13）通过滑块Ⅲ、Ⅳ（39、40）连接到导轨Ⅱ、Ⅲ（38、43）上，导轨Ⅱ、Ⅲ（38、43）通过内六角螺钉连接到支撑板（34）上，支撑板（34）固定在底板（2）上。
3.根据权利要求1所述的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的扭转疲劳单元采用电磁激振器（21）作为驱动器，经过齿轮（19）、齿条（22）将电磁激振器（21）的往复直线运动转变为轴Ⅱ（33）的往复旋转运动，从而实现扭转疲劳载荷的加载；其中，所述轴Ⅱ（33）通过扭转轴支座（18）固连在底板（2）上，电磁激振器（21）通过螺纹连接固定在底板（2）上，电磁激振器（21）通过螺纹连接的方式与齿条（22）固连；所述齿条（22）通过滑块Ⅰ、Ⅱ（23、28）连接到导轨Ⅰ（30）上，导轨Ⅰ（30）连接到高度可调式底板（29）上，高度可调式底板（29）通过凹槽嵌入底板（2）中；所述齿轮（19）通过键连接的方式连接到轴Ⅱ（33）上。
4.根据权利要求1所述的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的力信号与位移信号检测单元包括拉力传感器（14）、扭矩传感器（17）、直线光栅位移传感器以及编码器（20）；所述拉力传感器（14）一端通过螺纹连接到螺母支座（13）上，另一端连接到夹具体支座Ⅰ（15）上；所述扭矩传感器（17）通过法兰连接的方式，一端连接到轴Ⅱ（33），另一端连接到夹具体Ⅱ（24）上；所述直线光栅位移传感器包括光栅尺（36）及读数头（37），所述光栅尺（36）通过光栅尺支座（35）固定在底板（2）上，读数头（37）固定在夹具体支座Ⅰ（15）上，通过测量夹具体支座Ⅰ（15）的位移间接测量试件的变形量；所述编码器（20）通过编码器联轴器（32）与轴Ⅱ（33）连接，实现往复旋转角度以及疲劳周次的测量，其中编码器（20）通过支架（31）固连在底板（2）上。
5.根据权利要求1所述的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的试件夹持单元包括压板Ⅰ、Ⅱ（25、26）及夹具体Ⅰ、Ⅱ（27、24），所述夹具体Ⅰ（27）通过螺纹连接到夹具体支座Ⅰ（15）上，夹具体Ⅱ（24）通过夹具体支座Ⅱ（16）连接到底板（2）上；所述夹具体Ⅰ、Ⅱ（27、24）加工有仿形凹槽，实现试件（42）的定位，压板Ⅰ、Ⅱ（25、26）分别通过内六角螺钉固连在夹具体Ⅱ、Ⅰ（24、27）上，施加夹紧力。
6.根据权利要求3所述的拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的齿轮（19）、齿条（22）采用双厚齿轮错齿结构消除啮合间隙，保证电磁激振器（21）的输出位移完全转换为试件（41）的扭转位移；所述的高度可调式底板（29）调整齿轮齿条啮合的径向间隙，高度式可调底板（29）通过四个梯形凹槽进行定位，通过下方四个平头螺钉进行高度的调整。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711119547.3A CN107703006A (zh) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711119547.3A CN107703006A (zh) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107703006A true CN107703006A (zh) | 2018-02-16 |
Family
ID=61179384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711119547.3A Pending CN107703006A (zh) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107703006A (zh) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108489822A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-04 | 兰州大学 | 一种超导带低温拉扭综合加载实验装置 |
| CN108627389A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-10-09 | 广州锦宏科技有限公司 | 一种疲劳试验机 |
| CN108693034A (zh) * | 2018-04-30 | 2018-10-23 | 张永炬 | 柔性基底薄膜集中载荷的力学性能原位测试辅助装置 |
| CN108918297A (zh) * | 2018-09-19 | 2018-11-30 | 北华大学 | 双轴拉伸-扭转复合载荷力学性能测试装置 |
| CN109556973A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-02 | 西安交通大学 | 一种基于面内扭转试验的材料试验装置 |
| CN109946172A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-06-28 | 安徽工程大学 | 一种羽毛抗扭测试仪 |
| CN110146222A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-20 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种电动单向应力加载装置 |
| CN110159666A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种空间站某转位机构测试设备的轴线转接工装 |
| CN110686973A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-14 | 吉林大学 | 拉伸-扭转复合引伸计 |
| CN110715862A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-01-21 | 吉林大学 | 拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法 |
| CN110864832A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-03-06 | 北京安达维尔机械维修技术有限公司 | 一种力矩加载综合测试台 |
| CN111678773A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-09-18 | 清华大学苏州汽车研究院（相城） | 一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置 |
| CN111678695A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-18 | 中航力源液压股份有限公司 | 一种适用于拉压疲劳试验机的传动轴扭转试验工装 |
| CN112213209A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-12 | 南通理工学院 | 一种钢筋混凝土构件抗扭试验装置 |
| CN112630014A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-04-09 | 潍坊柯汇新材料科技有限公司 | 一种纤维力学性能测试装置及方法 |
| CN113029763A (zh) * | 2021-05-01 | 2021-06-25 | 吉林大学 | 一种复合环境镁合金拉伸扭转试验台 |
| CN113758958A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-12-07 | 上海航天精密机械研究所 | 用于柔性防热结构的扭转烧蚀试验装置及其使用方法 |
| CN114354410A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-15 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 一种金属弹性钢片疲劳测试设备及测试方法 |
| CN114486558A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-13 | 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 | 一种面向预应力工件的受力测定方法及测力装置 |
| CN114577467A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-03 | 盛瑞传动股份有限公司 | 一种齿轮焊接组件试验方法及扭转疲劳试验台 |
| CN115343153A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-11-15 | 深圳市雷诺表业有限公司 | 一种金属表带质量测试机及测试方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2047146C1 (ru) * | 1991-07-09 | 1995-10-27 | Евгений Васильевич Лодус | Установка для усталостных испытаний образцов материалов |
| JP2013079823A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-05-02 | Kokusai Keisokki Kk | ねじり試験機 |
| CN103512803A (zh) * | 2013-09-26 | 2014-01-15 | 吉林大学 | 多载荷多物理场耦合材料微观力学性能原位测试仪器 |
| CN103528887A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 吉林大学 | 原位拉/压-扭转复合载荷材料微观力学测试平台 |
| CN203643254U (zh) * | 2013-08-28 | 2014-06-11 | 吉林大学 | 基于拉/压、弯曲、疲劳复合载荷材料性能原位测试平台 |
| CN103926160A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-16 | 吉林大学 | 拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪 |
| CN104359773A (zh) * | 2014-10-24 | 2015-02-18 | 同济大学 | 一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机 |
| CN104913974A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-09-16 | 吉林大学 | 材料微观力学性能双轴拉伸-疲劳测试***及其测试方法 |
| CN207423703U (zh) * | 2017-11-14 | 2018-05-29 | 吉林大学 | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 |
-
2017
- 2017-11-14 CN CN201711119547.3A patent/CN107703006A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2047146C1 (ru) * | 1991-07-09 | 1995-10-27 | Евгений Васильевич Лодус | Установка для усталостных испытаний образцов материалов |
| JP2013079823A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-05-02 | Kokusai Keisokki Kk | ねじり試験機 |
| CN203643254U (zh) * | 2013-08-28 | 2014-06-11 | 吉林大学 | 基于拉/压、弯曲、疲劳复合载荷材料性能原位测试平台 |
| CN103512803A (zh) * | 2013-09-26 | 2014-01-15 | 吉林大学 | 多载荷多物理场耦合材料微观力学性能原位测试仪器 |
| WO2015043137A1 (zh) * | 2013-09-26 | 2015-04-02 | 吉林大学 | 多载荷多物理场耦合材料微观力学性能原位测试仪器 |
| CN103528887A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 吉林大学 | 原位拉/压-扭转复合载荷材料微观力学测试平台 |
| CN103926160A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-16 | 吉林大学 | 拉伸-扭转复合载荷材料微观力学性能原位测试仪 |
| CN104359773A (zh) * | 2014-10-24 | 2015-02-18 | 同济大学 | 一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机 |
| CN104913974A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-09-16 | 吉林大学 | 材料微观力学性能双轴拉伸-疲劳测试***及其测试方法 |
| CN207423703U (zh) * | 2017-11-14 | 2018-05-29 | 吉林大学 | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ***: "数控机床", vol. 1, 黑龙江人民出版社, pages: 164 - 169 * |
Cited By (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108489822A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-04 | 兰州大学 | 一种超导带低温拉扭综合加载实验装置 |
| CN108693034A (zh) * | 2018-04-30 | 2018-10-23 | 张永炬 | 柔性基底薄膜集中载荷的力学性能原位测试辅助装置 |
| CN108693034B (zh) * | 2018-04-30 | 2021-06-04 | 张永炬 | 柔性基底薄膜集中载荷的力学性能原位测试辅助装置 |
| CN108627389A (zh) * | 2018-05-14 | 2018-10-09 | 广州锦宏科技有限公司 | 一种疲劳试验机 |
| CN108918297A (zh) * | 2018-09-19 | 2018-11-30 | 北华大学 | 双轴拉伸-扭转复合载荷力学性能测试装置 |
| CN108918297B (zh) * | 2018-09-19 | 2024-02-06 | 北华大学 | 双轴拉伸-扭转复合载荷力学性能测试装置 |
| CN109556973A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-02 | 西安交通大学 | 一种基于面内扭转试验的材料试验装置 |
| CN109946172B (zh) * | 2019-04-01 | 2021-04-20 | 安徽工程大学 | 一种羽毛抗扭测试仪 |
| CN109946172A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-06-28 | 安徽工程大学 | 一种羽毛抗扭测试仪 |
| CN110159666A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种空间站某转位机构测试设备的轴线转接工装 |
| CN110159666B (zh) * | 2019-05-23 | 2020-07-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种空间站某转位机构测试设备的轴线转接工装 |
| CN110146222A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-20 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种电动单向应力加载装置 |
| CN110686973A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-14 | 吉林大学 | 拉伸-扭转复合引伸计 |
| CN110686973B (zh) * | 2019-10-21 | 2024-06-04 | 吉林大学 | 拉伸-扭转复合引伸计 |
| CN110715862B (zh) * | 2019-11-13 | 2024-06-04 | 吉林大学 | 拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法 |
| CN110715862A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-01-21 | 吉林大学 | 拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法 |
| CN110864832A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-03-06 | 北京安达维尔机械维修技术有限公司 | 一种力矩加载综合测试台 |
| CN111678773A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-09-18 | 清华大学苏州汽车研究院（相城） | 一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置 |
| CN111678695A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-18 | 中航力源液压股份有限公司 | 一种适用于拉压疲劳试验机的传动轴扭转试验工装 |
| CN111678695B (zh) * | 2020-05-28 | 2022-05-20 | 中航力源液压股份有限公司 | 一种适用于拉压疲劳试验机的传动轴扭转试验工装 |
| CN112213209A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-12 | 南通理工学院 | 一种钢筋混凝土构件抗扭试验装置 |
| CN112630014A (zh) * | 2021-03-09 | 2021-04-09 | 潍坊柯汇新材料科技有限公司 | 一种纤维力学性能测试装置及方法 |
| CN113029763A (zh) * | 2021-05-01 | 2021-06-25 | 吉林大学 | 一种复合环境镁合金拉伸扭转试验台 |
| CN113758958A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-12-07 | 上海航天精密机械研究所 | 用于柔性防热结构的扭转烧蚀试验装置及其使用方法 |
| CN113758958B (zh) * | 2021-08-10 | 2023-10-27 | 上海航天精密机械研究所 | 用于柔性防热结构的扭转烧蚀试验装置及其使用方法 |
| CN114354410A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-15 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 一种金属弹性钢片疲劳测试设备及测试方法 |
| CN114354410B (zh) * | 2021-12-03 | 2024-04-02 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 一种金属弹性钢片疲劳测试设备及测试方法 |
| CN114577467B (zh) * | 2022-03-18 | 2024-05-07 | 盛瑞传动股份有限公司 | 一种齿轮焊接组件试验方法及扭转疲劳试验台 |
| CN114577467A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-03 | 盛瑞传动股份有限公司 | 一种齿轮焊接组件试验方法及扭转疲劳试验台 |
| CN114486558A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-13 | 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 | 一种面向预应力工件的受力测定方法及测力装置 |
| CN115343153A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-11-15 | 深圳市雷诺表业有限公司 | 一种金属表带质量测试机及测试方法 |
| CN114486558B (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-15 | 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 | 一种面向预应力工件的受力测定方法及测力装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107703006A (zh) | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 | |
| CN207423703U (zh) | 拉伸预载荷下动态扭转疲劳力学性能测试装置 | |
| CN106226152B (zh) | 静动态载荷谱下材料力学性能原位测试***与方法 | |
| CN104931366B (zh) | 一种接触载荷实时可调的微动疲劳试验方法及其试验机 | |
| CN103234741A (zh) | 一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置及方法 | |
| CN103499499B (zh) | 一种微观视场下双侧动力原位微扭转材料力学性能测试仪 | |
| CN103217278B (zh) | 一种测试高强螺栓结合面法向静态特性的方法 | |
| CN104359773B (zh) | 一种用于汽车零部件的拉伸及扭转疲劳试验机 | |
| CN103018104A (zh) | 滚珠丝杠副轴向静刚度卧式测量装置及其方法 | |
| CN105758728A (zh) | 变温复合载荷原位力学测试平台 | |
| CN203616122U (zh) | 一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置 | |
| CN107515117B (zh) | 丝杠副传动效率精密测量装置及测量方法 | |
| CN106680079A (zh) | 压电叠堆直驱型宏微结合双轴拉伸‑疲劳测试*** | |
| CN105606453B (zh) | 一种大尺寸复合材料豆荚杆轴向压缩性能的试验测试*** | |
| CN105181436B (zh) | 弯曲预载荷微纳米压痕力学性能测试方法与装置 | |
| CN104913866B (zh) | 辅助射线衍射法测量薄板残余应力的方法、装置和应用 | |
| CN106996897B (zh) | 中子衍射高温测角仪及其专用力学加载装置 | |
| CN203811481U (zh) | 一种恒应力蠕变试验机 | |
| CN104849148A (zh) | 一种用于中子小角散射的原位压力加载装置 | |
| CN106124615B (zh) | 一种基于电涡流传感器组的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置 | |
| CN203011772U (zh) | 滚珠丝杠副轴向静刚度卧式测量装置 | |
| CN105509960B (zh) | 一种应用于扭矩传感器校准的机械装置及方法 | |
| CN106525591A (zh) | 基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置及检测方法 | |
| CN106383059A (zh) | 原位扭转测试平台及其观测*** | |
| CN207423696U (zh) | 便携式变温原位拉压测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |