專利名稱:材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，包括疲勞試驗(yàn)臺(tái)、傳感裝置和控制系統(tǒng)，疲勞試驗(yàn)臺(tái)包括平臺(tái)、夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，被測(cè)試件的一端固定在夾緊裝置上，另一端與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件連接，傳感裝置包括應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器，應(yīng)力應(yīng)變傳感器和聲發(fā)射傳感器設(shè)置在被測(cè)試件的表面，紅外溫度傳感器設(shè)置在距被測(cè)試件表面一定距離內(nèi)，控制系統(tǒng)包括控制模塊和信號(hào)采集及處理模塊，應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器均與信號(hào)采集及處理模塊連接。本實(shí)用新型解決了目前缺乏可通過實(shí)驗(yàn)研究不同金屬材料疲勞過程中的一些特征的綜合測(cè)試系統(tǒng)的問題，具有綜測(cè)項(xiàng)目多、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]交變應(yīng)力作用下，金屬構(gòu)件破壞的主要形式是疲勞損傷。疲勞損傷是一個(gè)漸變的過程，首先在構(gòu)件應(yīng)力集中處發(fā)生局部微觀裂紋，隨著交變應(yīng)力作用時(shí)間增加，微觀裂紋逐漸集結(jié)溝通形成宏觀裂紋，當(dāng)達(dá)到一定限度時(shí)，構(gòu)件會(huì)突然斷裂，金屬因交變應(yīng)力引起的上述失效現(xiàn)象，稱為金屬的疲勞。
[0003]統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，機(jī)械零件的失效，約有70%左右是疲勞引起的，而且造成的事故大多數(shù)是災(zāi)難性的。由于疲勞損傷是一個(gè)漸變的過程，而且整個(gè)過程中伴隨著一些特征(如應(yīng)力應(yīng)變、溫度、聲發(fā)射)的變化，因此，通過實(shí)驗(yàn)研宄不同金屬材料疲勞過程中的一些特征，利用不同材料疲勞過程中特有的信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或零部件疲勞損傷程度的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)避免重大事故的發(fā)生具有十分重要的意義。然而，目前尚缺乏可通過實(shí)驗(yàn)研宄不同金屬材料疲勞過程中的一些特征的綜合測(cè)試系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為解決目前缺乏可通過實(shí)驗(yàn)研宄不同金屬材料疲勞過程中的一些特征的綜合測(cè)試系統(tǒng)的問題，本實(shí)用新型提供一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，包括疲勞試驗(yàn)臺(tái)、傳感裝置和控制系統(tǒng)，所述疲勞試驗(yàn)臺(tái)包括平臺(tái)、夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，所述夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置安裝在平臺(tái)上，被測(cè)試件的一端固定在夾緊裝置上，另一端與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件連接，所述傳感裝置包括應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器和聲發(fā)射傳感器設(shè)置在被測(cè)試件的表面，所述紅外溫度傳感器設(shè)置在距被測(cè)試件表面一定距離內(nèi)，所述控制系統(tǒng)包括控制模塊和信號(hào)采集及處理模塊，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器均與信號(hào)采集及處理模塊連接。
[0007]優(yōu)選地，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、曲柄、連桿、滑塊和導(dǎo)軌，所述電動(dòng)機(jī)和導(dǎo)軌固定在平臺(tái)上，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過曲柄和連桿與滑塊連接，所述滑塊設(shè)置在導(dǎo)軌上，被測(cè)試件的一端與滑塊連接。
[0008]為便于模擬和研宄被測(cè)試件在不同彎折頻率下的疲勞破壞過程，優(yōu)選地，所述電動(dòng)機(jī)為調(diào)速電機(jī)，所述調(diào)速電機(jī)與控制系統(tǒng)的控制模塊連接。
[0009]優(yōu)選地，所述調(diào)速電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，所述控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。
[0010]為便于測(cè)量被測(cè)試件在疲勞破壞過程中的主應(yīng)變的大小和方向，優(yōu)選地，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器為應(yīng)力應(yīng)變花。
[0011]為避免應(yīng)力應(yīng)變傳感器阻擋紅外溫度傳感器的工作，優(yōu)選地，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器設(shè)置在被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)表面遠(yuǎn)離紅外溫度傳感器的一側(cè)。
[0012]為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)的溫度場(chǎng)變化，優(yōu)選地，所述紅外溫度傳感器設(shè)置在與被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)表面垂直的一定距離內(nèi)。
[0013]優(yōu)選地，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)方向與被測(cè)試件的長(zhǎng)度方向垂直。
[0014]為便于使用，優(yōu)選地，所述夾緊裝置為虎鉗。
[0015]優(yōu)選地，所述虎鉗通過固定夾具固定在平臺(tái)上。
[0016]可選地，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置包括氣缸，所述氣缸的活塞桿的執(zhí)行端與被測(cè)試件的一端連接。
[0017]本實(shí)用新型通過將被測(cè)試件的一端固定在夾緊裝置上，另一端由往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件帶動(dòng)做反復(fù)彎折動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)試件疲勞破壞過程的模擬，同時(shí)，通過應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)試件在整個(gè)疲勞破壞過程中的應(yīng)力應(yīng)變、溫度場(chǎng)和聲發(fā)射特征，并通過信號(hào)采集及處理模塊對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采集和處理，從而得到不同材料的被測(cè)試件在整個(gè)疲勞破壞過程中材料本身的應(yīng)力應(yīng)變、溫度場(chǎng)和聲發(fā)射特征的數(shù)據(jù)信息，以建立不同材料疲勞損傷程度與這些特征信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)不同材料結(jié)構(gòu)件或零部件損傷程度的在線監(jiān)測(cè)，為設(shè)備維修保養(yǎng)等提供依據(jù)；進(jìn)一步地，通過改變往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的輸入能量(如改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)，還可得到不同輸入能量下被測(cè)試件在整個(gè)疲勞破壞過程中材料本身的應(yīng)力應(yīng)變、溫度場(chǎng)和聲發(fā)射的數(shù)據(jù)信息，從而歸納出不同材料、不同輸入能量與材料疲勞損傷程度之間的關(guān)系，構(gòu)建起完整的材料疲勞損傷與外部影響參數(shù)之間的關(guān)系模型，為以后預(yù)測(cè)大型機(jī)械或材料本身的安全性能提供理論及數(shù)據(jù)支持。
[0018]本實(shí)用新型提供了一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，解決了目前缺乏可通過實(shí)驗(yàn)研宄不同金屬材料疲勞過程中的一些特征的綜合測(cè)試系統(tǒng)的問題，具有綜測(cè)項(xiàng)目多、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于對(duì)各種材料疲勞損傷的研宄。

【附圖說明】

[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的疲勞試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0021]圖中:1、平臺(tái)；2、電機(jī)底座；3、電動(dòng)機(jī)；4、曲柄；5、連桿；6、滑塊；7、導(dǎo)軌；8、被測(cè)試件；9、虎鉗；10、固定夾具；11、應(yīng)力應(yīng)變傳感器；12、紅外溫度傳感器；13、聲發(fā)射傳感器；89、虎鉗固定端。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1?2所示，本實(shí)施例的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)包括疲勞試驗(yàn)臺(tái)、傳感裝置和控制系統(tǒng)(圖中未示出)，所述疲勞試驗(yàn)臺(tái)包括平臺(tái)1、夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，所述夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置安裝在平臺(tái)I上，被測(cè)試件8的一端固定在夾緊裝置上，另一端與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件連接，所述傳感裝置包括應(yīng)力應(yīng)變傳感器11、紅外溫度傳感器12和聲發(fā)射傳感器13，應(yīng)力應(yīng)變傳感器11和聲發(fā)射傳感器13設(shè)置在被測(cè)試件8的表面，紅外溫度傳感器12設(shè)置在距被測(cè)試件8預(yù)估斷裂區(qū)表面一定距離內(nèi)，所述控制系統(tǒng)包括控制模塊和信號(hào)采集及處理模塊，應(yīng)力應(yīng)變傳感器11、紅外溫度傳感器12和聲發(fā)射傳感器13均與信號(hào)采集及處理模塊連接。
[0024]優(yōu)選地，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)3、曲柄4、連桿5、滑塊6和導(dǎo)軌7，電動(dòng)機(jī)3和導(dǎo)軌7固定在平臺(tái)I上，電動(dòng)機(jī)3的動(dòng)力輸出軸通過曲柄4和連桿5與滑塊6連接，滑塊6設(shè)置在導(dǎo)軌7上，被測(cè)試件8的一端與滑塊6連接。
[0025]可選地，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置包括氣缸，所述氣缸的活塞桿的執(zhí)行端與被測(cè)試件的一端連接。
[0026]為便于模擬和研宄被測(cè)試件在不同彎折頻率下的疲勞破壞過程，優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)3為調(diào)速電機(jī)，所述調(diào)速電機(jī)與控制系統(tǒng)的控制模塊連接。顯然，電動(dòng)機(jī)3還可通過連接減速器來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。
[0027]進(jìn)一步地，為便于調(diào)速和控制，優(yōu)選地，所述調(diào)速電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，所述控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。
[0028]為便于測(cè)量被測(cè)試件在疲勞破壞過程中的主應(yīng)變的大小和方向，優(yōu)選地，應(yīng)力應(yīng)變傳感器11為應(yīng)力應(yīng)變花。
[0029]為避免應(yīng)力應(yīng)變傳感器阻擋紅外溫度傳感器的工作，優(yōu)選地，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器11設(shè)置在被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)表面遠(yuǎn)離紅外溫度傳感器的一側(cè)。
[0030]為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)的溫度場(chǎng)變化，優(yōu)選地，紅外溫度傳感器12設(shè)置在與被測(cè)試件8預(yù)估斷裂區(qū)表面垂直的一定距離內(nèi)。
[0031]優(yōu)選地，聲發(fā)射傳感器13設(shè)置在被測(cè)試件兩端附件的表面。
[0032]優(yōu)選地，所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的的末端執(zhí)行件(本實(shí)施例中，末端執(zhí)行件為滑塊6)的運(yùn)動(dòng)方向與被測(cè)試件8的長(zhǎng)度方向垂直。顯然，還可根據(jù)測(cè)試需要，使末端執(zhí)行件(本實(shí)施例中，末端執(zhí)行件為滑塊6)的運(yùn)動(dòng)方向與被測(cè)試件8的長(zhǎng)度方向一致或成一定夾角。
[0033]為便于使用，優(yōu)選地，所述夾緊裝置為虎鉗9，虎鉗9通過固定夾具10固定在平臺(tái)I上。
[0034]本實(shí)用新型通過將被測(cè)試件的一端固定在夾緊裝置上，另一端由往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件帶動(dòng)做反復(fù)彎折動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)試件疲勞破壞過程的模擬，同時(shí)，通過應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)試件在整個(gè)疲勞破壞過程中的應(yīng)力應(yīng)變、溫度場(chǎng)和聲發(fā)射特征，并通過信號(hào)采集及處理模塊對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采集和處理，從而得到不同材料的被測(cè)試件在整個(gè)疲勞破壞過程中材料本身的應(yīng)力應(yīng)變、溫度場(chǎng)和聲發(fā)射特征的數(shù)據(jù)信息，以建立不同材料疲勞損傷程度與這些特征信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)不同材料結(jié)構(gòu)件或零部件損傷程度的在線監(jiān)測(cè)，為設(shè)備維修保養(yǎng)等提供依據(jù)；進(jìn)一步地，通過改變往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的輸入能量(如改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)，還可得到不同輸入能量下被測(cè)試件在整個(gè)疲勞破壞過程中材料本身的應(yīng)力應(yīng)變、溫度場(chǎng)和聲發(fā)射的數(shù)據(jù)信息，從而歸納出不同材料、不同輸入能量與材料疲勞損傷程度之間的關(guān)系，構(gòu)建起完整的材料疲勞損傷與外部影響參數(shù)之間的關(guān)系模型，為以后預(yù)測(cè)大型機(jī)械或材料本身的安全性能提供理論及數(shù)據(jù)支持。
[0035]本實(shí)用新型提供了一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，解決了目前缺乏可通過實(shí)驗(yàn)研宄不同金屬材料疲勞過程中的一些特征的綜合測(cè)試系統(tǒng)的問題，具有綜測(cè)項(xiàng)目多、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于對(duì)各種材料疲勞損傷的研宄。
[0036]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出得各種變化，也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:包括疲勞試驗(yàn)臺(tái)、傳感裝置和控制系統(tǒng)，所述疲勞試驗(yàn)臺(tái)包括平臺(tái)、夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置，所述夾緊裝置和往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置安裝在平臺(tái)上，被測(cè)試件的一端固定在夾緊裝置上，另一端與往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件連接，所述傳感裝置包括應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器和聲發(fā)射傳感器設(shè)置在被測(cè)試件的表面，所述紅外溫度傳感器設(shè)置在距被測(cè)試件表面一定距離內(nèi)，所述控制系統(tǒng)包括控制模塊和信號(hào)采集及處理模塊，所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器、紅外溫度傳感器和聲發(fā)射傳感器均與信號(hào)采集及處理模塊連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、曲柄、連桿、滑塊和導(dǎo)軌，所述電動(dòng)機(jī)和導(dǎo)軌固定在平臺(tái)上，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過曲柄和連桿與滑塊連接，所述滑塊設(shè)置在導(dǎo)軌上，被測(cè)試件的一端與滑塊連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述電動(dòng)機(jī)為調(diào)速電機(jī)，所述調(diào)速電機(jī)與控制系統(tǒng)的控制模塊連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)速電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，所述控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器為應(yīng)力應(yīng)變花。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述應(yīng)力應(yīng)變傳感器設(shè)置在被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)表面遠(yuǎn)離紅外溫度傳感器的一側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外溫度傳感器設(shè)置在與被測(cè)試件預(yù)估斷裂區(qū)表面垂直的一定距離內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置的末端執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)方向與被測(cè)試件的長(zhǎng)度方向垂直。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述夾緊裝置為虎鉗。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的材料疲勞過程綜合測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述虎鉗通過固定夾具固定在平臺(tái)上。
【文檔編號(hào)】G01N3-38GK204302128SQ201420739616
【發(fā)明者】劉貴杰, 陳鵬飛, 宋洪輝, 王宇倩, 穆為磊, 田曉潔 [申請(qǐng)人]中國(guó)海洋大學(xué)