一種機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞損傷在線監(jiān)測試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞損傷在 線監(jiān)測試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在外部交變荷載作用下，機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料性能呈現(xiàn)出無規(guī)律的衰減過程，也就是 通常所說的疲勞裂紋的發(fā)生、發(fā)展、形成宏觀裂紋、剝落直至發(fā)生斷裂的全過程。疲勞損傷 已成為導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)失效的重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工程實(shí)際中發(fā)生的疲勞斷裂破壞，占全部力 學(xué)破壞的50%~90%，疲勞損傷斷裂是機(jī)械結(jié)構(gòu)失效的最常見形式。因此，由疲勞引起的 損傷斷裂在工程失效中越來越突出。如何在機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞現(xiàn)象出現(xiàn)的早期監(jiān)測出疲勞信 息，是目前工程界急需解決的問題。
[0003] 為了能夠及時地獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞狀況信息，僅依靠對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行定期測量是 無法滿足要求的。中國專利申請?zhí)朇N201110414705. 4公開了一種在役機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)疲勞 狀態(tài)估算方法，該方法是通過建立機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)變與反映機(jī)械裝備工作狀態(tài)參數(shù)之 間的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的關(guān)聯(lián)關(guān)系，獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)材料彈性模量的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的變 化，從而實(shí)現(xiàn)對在役機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的測量和評價。但是該方法是對在役機(jī)械相關(guān)參數(shù) 的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而對其機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)進(jìn)行估算，并沒有給出實(shí)驗(yàn)室條件 下建立試驗(yàn)條件可控的試驗(yàn)裝置來評估材料的疲勞損傷規(guī)律。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中有一種受迫振動系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過激振器使懸臂梁產(chǎn)生受迫振動， 由信號發(fā)生器向激振器提供周期性電壓信號，使激振器產(chǎn)生周期性策動力，對彈性梁激振， 這樣彈性梁就產(chǎn)生受迫振動。這種振動系統(tǒng)的不足之處在于激振器對彈性梁施加周期策動 力時，激振器與懸臂梁為接觸非連接狀態(tài)。激振器在安裝時與被激試樣有間隙要求（一般 要求0. 5±0.1 mm的間隙），且只能在這種情況下，激振器才能產(chǎn)生最大激振力。若使懸臂 梁試樣發(fā)生疲勞損傷，則須要產(chǎn)生一定的撓度。經(jīng)計(jì)算，試樣發(fā)生疲勞損傷所需的振幅大于 激振器與試樣之間的安裝間隙，這使得激振器與試樣間發(fā)生碰撞干涉，因此采用激振的方 法不可行；此外，實(shí)際工程中機(jī)械裝備多為電機(jī)驅(qū)動，激振器的驅(qū)動方式與實(shí)際工況不太符 合。因此，需要提供一種能夠更接近實(shí)際的運(yùn)動方式來驅(qū)動懸臂梁運(yùn)動。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)驗(yàn)室條件下的機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞損傷在線監(jiān)測試驗(yàn) 裝置，對被測試件的疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞損傷在 線監(jiān)測試驗(yàn)裝置，包括一個一端固定的懸臂梁試件，該懸臂梁試件的另一端連接有一個用 于驅(qū)動懸臂梁試件擺動的往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；該裝置還包括用于測量所述往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳遞給 懸臂梁試件的應(yīng)變量的應(yīng)變傳感器和用于測量擺動過程中懸臂梁試件應(yīng)變量的應(yīng)變傳感 器。
[0007] 該裝置還包括用于測量當(dāng)前試驗(yàn)溫度對應(yīng)變量影響的應(yīng)變傳感器。
[0008] 所述各應(yīng)變傳感器均為光纖光柵應(yīng)變傳感器，所述各光纖光柵應(yīng)變傳感器的信號 輸出端均通過光環(huán)形器與波長解調(diào)模塊連接，所述光環(huán)形器的光輸入端連接有光源，所述 波長解調(diào)模塊的信號輸出端用于與監(jiān)測主機(jī)連接。
[0009] 所述往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括曲柄和連桿，所述連桿的動力輸出端與懸臂梁試件鉸接。
[0010] 所述曲柄為電機(jī)驅(qū)動的偏心輪。
[0011] 所述連桿通過一個滑動軸套和銷軸與偏心輪連接，滑動軸套的一端與連桿相接， 另一端通過銷軸與偏心輪相連；所述偏心輪上設(shè)有T型槽滑道，所述銷軸穿過滑動軸套固 定于T型槽滑道內(nèi)。
[0012] 所述銷軸通過兩側(cè)安裝于T型槽滑道內(nèi)的T型螺母進(jìn)行固定。
[0013] 所述連桿通過固定于懸臂梁試件上的連桿支架與懸臂梁試件利用軸銷鉸接。
[0014] 所述懸臂梁試件的固定端與梁支座固連。
[0015] 本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞損傷在線監(jiān)測試驗(yàn)裝置采用的往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)與懸臂 梁試件為連接狀態(tài)，懸臂梁在擺動過程中均受到驅(qū)動機(jī)構(gòu)施加的力，避免了懸臂梁試件在 擺動過程中受到往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的疊加振動，該驅(qū)動方式也更接近實(shí)際工況，所采集的數(shù)據(jù) 也更為準(zhǔn)確，利用應(yīng)變傳感器能夠獲得能夠表征機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的信息，從而得到機(jī)械 結(jié)構(gòu)的當(dāng)量彈性模量，通過考核當(dāng)量彈性模量的變化規(guī)律就能夠得到機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞情 況。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適用理論合理，能夠有效的對機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件的疲勞損 傷過程進(jìn)行在線監(jiān)測，其既能用于測量機(jī)械結(jié)構(gòu)件的疲勞，也能夠作為教學(xué)科研儀器使用， 具有重大的應(yīng)用價值。
[0016] 采用由電機(jī)驅(qū)動的偏心輪結(jié)構(gòu)能夠?qū)C(jī)械結(jié)構(gòu)間施加幅度、頻率可調(diào)整的交變循 環(huán)載荷。另外，電機(jī)驅(qū)動能夠直接的反應(yīng)實(shí)際工況，還可將電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速等信息作為廣義 載荷使用。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置測量結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為偏心輪與T型螺母連接示意圖；
[0020] 圖4為滑動軸套連接示意圖；
[0021] 圖5為光纖光柵傳感器組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖6為光纖光柵應(yīng)變測量原理圖；
[0023] 圖7為加載原理圖；
[0024] 圖8連桿上FBGl測量的波長變化圖；
[0025] 圖9為懸臂梁試件FBG3測量的波長變化圖；
[0026] 圖10為懸臂梁試樣的當(dāng)量彈性模量變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0028] 如圖1~圖2所示為本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞損傷在線監(jiān)測試驗(yàn)裝置實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖，由圖可知，該裝置包括一個一端固定的懸臂梁試件9,該懸臂梁試件的另一端連 接有一個用于驅(qū)動懸臂梁試件9擺動的往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)；該裝置還包括用于測量所述往復(fù)驅(qū) 動機(jī)構(gòu)傳遞給懸臂梁試件的應(yīng)變量的應(yīng)變傳感器和用于測量擺動過程中懸臂梁試件應(yīng)變 量的應(yīng)變傳感器，如圖1中的FBG2測量往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳遞的應(yīng)變量，F(xiàn)BG3測試件懸臂梁上 的應(yīng)變量。
[0029] 進(jìn)一步地，為使試驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確，則需要考慮環(huán)境溫度為試驗(yàn)的影響，該裝置還包 括有用于測量當(dāng)前試驗(yàn)溫度對應(yīng)變量影響的應(yīng)變傳感器FBGl，F(xiàn)BGl的測量點(diǎn)作為參考量， 用于對FBG2和FBG3進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0030] 本實(shí)施例的往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用曲柄和連桿6,連桿的動力輸出端與懸臂梁試件9 鉸接；曲柄采用電機(jī)1驅(qū)動的偏心輪2結(jié)構(gòu)。
[0031] 連桿6通過一個滑動軸套5與偏心輪2連接，滑動軸套5的一端與連桿6滑動裝 配，另一端通過銷軸4與偏心輪相連。偏心輪2上設(shè)有T型槽滑道，銷軸4穿過滑動軸套固 定于T型槽滑道內(nèi)，而銷軸4通過兩側(cè)安裝于T型槽滑道內(nèi)的T型螺母3進(jìn)行固定，如圖3 所示。該滑動軸套采用錫青銅材質(zhì)，能夠有效地降低連桿6與銷軸4之間的摩擦，保證了驅(qū) 動機(jī)構(gòu)能夠連續(xù)的工作，滑動軸套位置如圖4所示。
[0032] 懸臂梁試件9的固定端與梁支座10固連，懸臂梁試件固定在梁支座10上端沿垂 直于梁支座10的方向上，懸臂梁試件的另一端固定連接有連桿支架8,連桿6與連桿支架8 之間用軸銷7連接。
[0033] 另外，梁支座10與驅(qū)動電機(jī)1固定在同一個基礎(chǔ)平臺上。
[0034] 如圖5和圖6所示，本實(shí)施例的各應(yīng)變傳感器FBGl、FBG2和FBG3均為光纖光柵 應(yīng)變傳感器（光纖光柵應(yīng)變片），各光纖光柵應(yīng)變傳感器的信號輸出端均通過光環(huán)形器11 與波長解調(diào)