[发明专利]疲劳试验力的加载方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于力学试验技术领域，具体涉及疲劳试验力的加载方法，以及采用此方法的装置。

背景技术

疲劳是指材料或结构在交变载荷循环作用下的损伤累积直至破坏的现象。疲劳行为根据发生疲劳破坏所需的载荷循环周次，分为低周疲劳（循环周次少于105）、高周疲劳（循环周次在105到107之间）以及超高周疲劳（循环周次在107以上）。

例如，飞机发动机风扇轴是飞机的关键零件之一，其在高速、高温、受力复杂的条件下运转，其质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。为了保证发动机主轴的质量和性能，其在工作时必须具备足够的疲劳强度。通常，对疲劳试验测试主要力包括轴向力、扭矩、弯矩、循环弯矩等。

常见的疲劳试验力的加载方法是通过步进电机或伺服电机或普通电机配备加减速箱及辅助机构来实现力的加载。但是，当扭矩加载值较大时，步进电机或伺服电机常常达不到出力要求；采用普通电机配备加减速箱的方式加载力，其机构整体体积较大、控制精度较低，且能以实现高周循环。因而，以上加载力的方法都存在一定的局限性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种体积小、控制精度高，且可靠性较高的疲劳试验力的加载方法及其装置。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下:

一种疲劳试验力的加载方法，包括以下步骤： 

（1）将试件固设于十字加力盘的底端，通过伺服液压缸对十字加力盘施加复合力，以作用于试件上，具体施加的复合力包括：

a.轴向施力伺服液压缸对十字加力盘的上端面施加垂直向上的拉力F4；

b.弯矩施力伺服液压缸对十字加力盘的上端面的纵向对称地施加一对方向相反、大小相等的拉力F1和推力F1'；

c.弯矩施力伺服液压缸对十字加力盘的上端面的横向对称地施加一对方向相反、大小相等的拉力F2和推力F2'；

d.扭矩施力伺服液压缸对十字加力盘的横向或纵向的侧边对称地施加一对方向相反、大小相等的拉力F3和推力F3'；

（2）步骤（1）中施加在十字加力盘上的各力分别作用于试件，则试件所承受的轴向力为F4，试件所承受的拉力F1和推力F1'以一推一拉的形式形成弯矩M1，M1=F1*L1，或M1=F1'*L1，试件所承受的拉力F2和推力F2'以一推一拉的形式形成弯矩M2，M2=F2*L2，或M2=F2'*L2，试件所承受的拉力F3和推力F3'以一推一拉的形式形成扭矩M3，M3=F3*L3，其中，L1、L2、L3为对应力的力臂；

（3）弯矩M1和弯矩M2的方向成90度交叉，弯矩M1为正弦变化弯矩，M2为余弦变化弯矩，当弯矩M1和弯矩M2同时施加,且频率相同时，根据李萨如图形定理，运动方向相互垂直的两个简谐信号可合成稳定的运动轨迹，且其运动轨迹为椭圆，则弯矩M1和弯矩M2根据所述李萨如图形定理可合成循环弯矩M0，M0的运动轨迹为椭圆。

作为本发明的优选方案之一，当M1和M2的幅值相等时，M0的运动轨迹为圆形，M0的幅值即等于M1和M2的幅值。

作为本发明的优选方案之一，步骤（1）中施加在所述十字加力盘上的各力通过力传感器感应，所述力传感器将力信号转换为电信号，并将电信号传递给与之相连接的采集控制系统，采集控制系统将电信号转换成数字信号，并传递给与之相连的计算机数据处理系统，所述计算机数据处理系统对数字信号进行处理及计算，以直接得出F1、M1、M2、M3、M0的值。

一种疲劳试验力的加载装置，包括底座、导柱、固定平台、力加载机构，四根所述导柱对称地固设于所述底座上，该些导柱的顶端部固连一顶盖板上，所述导柱上位于所述顶盖板的下方还依次套设有一固定板和固定框，所述固定平台固设于所述底座上，其上设置有用于固定试件的固定组件，且所述固定平台位于该些导柱的中间；

所述力加载机构包括位于所述固定组件上方的十字加力盘、第一伺服液压缸、第二伺服液压缸，所述第一伺服液压缸经连接件垂直固定于所述固定板上，其活塞杆连接力传感器，并经连接件固定于所述十字加力盘的上端面，所述第二伺服液压缸经连接件固定于所述固定框的内侧边上，其活塞杆连接力传感器，并经连接件固定于所述十字加力盘的一侧。

作为本发明的优选方案之一，所述第一伺服液压缸包括一固设于所述十字加力盘上端面中间区域的轴向施力伺服液压缸、固设有所述十字加力盘四个角处的弯矩施力伺服液压缸，所述第二伺服液压缸包括固定于所述十字加力盘一侧的一对扭矩施力伺服液压缸。