[发明专利]一种管轴类构件全尺寸谐振弯曲疲劳试验设备及其使用方法

说明书

本发明为一种管轴类构件全尺寸谐振弯曲疲劳试验设备及其使用方法，试样的一端连接有配重，试样的另一端连接有堵头；堵头的外端开设有凹槽，凹槽内插入有轮毂电机，轮毂电机的旋转轴插入至堵头中，旋转轴和堵头之间设置有轴承，旋转轴上固定设置有偏心块；所述试样架装在两个减震弹性支撑上；所述堵头和旋转轴中共同插入有换能器。该设备模拟管或轴在旋转过程中的疲劳加载，验证其实物的耐疲劳寿命。该设备不存在传动结构，结构更简单，安装更方便，该设备运用谐振原理，利用轮毂电机作为驱动能量输入装置，将驱动能量输入装置与全尺寸试样固结在一起，直接驱动试样产生谐振旋转弯曲疲劳，在试样中间部分管体内产生循环弯曲疲劳应力。

【技术领域】

本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种管轴类构件全尺寸谐振弯曲疲劳试验设备及其使用方法。

【背景技术】

由于结构设计的精细化要求，对管子或轴类产品的疲劳设计需要精准了解设计加工的结构件实际疲劳寿命。对已经服役的结构件，需要预测其剩余寿命，也需要弄清楚管子或轴类结构件的疲劳损伤机理。目前通过常规材料小试样可进行各种载荷作用下的疲劳寿命试验，如拉伸-拉伸、拉伸-压缩、弯曲、弯曲-扭转等载荷作用下的疲劳试验，也有一些用于实物全尺寸弯曲疲劳试验的设备方法。但材料小试样由于内部缺陷相对较少，所以其疲劳试验结果偏于保守。现有旋转管子或轴类试样的试样自转弯曲疲劳试验设备，需要对试样施加横向力来使得管子或轴试样发生弯曲。该类设备有时候在施加旋转谐振全尺寸弯曲疲劳试验设备，连接件较多，容易出现试样(管体或轴)还未开裂，连接件却发生断裂的现象。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种管轴类构件全尺寸谐振弯曲疲劳试验设备及其使用方法，以解决大型MTS疲劳试验设备加载速度慢，现有谐振弯曲试验设备电机与试样之间连接件容易疲劳的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种管轴类构件全尺寸谐振弯曲疲劳试验设备，包括试样，试样的一端连接有配重，试样的另一端连接有堵头；堵头的外端开设有凹槽，凹槽内插入有轮毂电机，轮毂电机的旋转轴插入至堵头中，旋转轴和堵头之间设置有轴承，旋转轴上固定设置有偏心块；所述试样架装在两个减震弹性支撑上；所述堵头和旋转轴中共同插入有换能器。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述配重的一部分插入在试样中，配重和试样固定连接。

优选的，所述堵头分为同轴的内部和外部，内部的截面积小于外部，内部插入在试样中，所述凹槽从外部的外端面向堵头的内部开设。

优选的，所述旋转轴包括插入部分和外露部分，插入部分插入在内部分中，外露部分在凹槽中；所述偏心块在外露部分的中间。

优选的，所述轮毂电机和凹槽之间设置有减振轮胎。

优选的，所述轮毂电机的外部设置有限位结构，限位结构通过螺栓和试样的端部固定连接。

优选的，所述减震弹性支撑包括两个轮胎，两个轮胎的转轴通过连接钢板固定连接；所述试样架装在两个轮胎中间的上部。

优选的，两个轮胎轴线之间的距离大于轮胎的直径，两个轮胎边部最近的距离小于试样的直径。

优选的，所述换能器为压力传感器或声发射传感器；所述试样中充入有水。

一种上述的管轴类构件全尺寸谐振弯曲疲劳试验设备的使用方法，其特征在于，接通轮毂电机的电源，由慢到快增加轮毂电机的旋转速度，当试样振动的频率接近计算的试样弯曲模态的最低固有频率时，开始计数疲劳寿命，直至试样内部产生穿透裂纹或达到预定疲劳次数，试验结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：