高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)在各種類型的疲勞試驗(yàn)機(jī)中,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用操作方便、效率高、耗能低等特點(diǎn),所以它被廣泛地應(yīng)用在航空、航天、冶金、高等院校科研和教學(xué)及工業(yè)生產(chǎn)等各部門。高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)可以用來(lái)測(cè)試各種金屬材料和一些非金屬材料抵抗疲勞斷裂性能,繪制疲勞壽命曲線(S-N曲線);配以各種夾具,可以用來(lái)測(cè)試各種零部件的疲勞壽命。目前很多高等院校、科研部門和工礦企業(yè)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)室均采用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行斷裂韌性試驗(yàn),測(cè)試金屬材料裂紋擴(kuò)展速率及材料的門坎值。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,測(cè)試手段的完善,它的使用功能正在不斷的擴(kuò)展中。近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,人們更加重視動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的過(guò)程,作為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)中的一族,高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)的需求也開始呈上升趨勢(shì)。
高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)的國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程
高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)國(guó)外起步較早,瑞士Amsler和英國(guó)Instron公司研發(fā)較早。我國(guó)高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)發(fā)展是在上世紀(jì)60年代開始的,主要研制廠家是長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所和紅山試驗(yàn)機(jī)廠兩家。當(dāng)時(shí)主要是參考瑞士Amsler的應(yīng)用技術(shù),以Amsler的10HFP422為主要參照機(jī)型。70年代末隨著英國(guó)Instron公司產(chǎn)品的引進(jìn),特別是1603型機(jī)器,其主機(jī)結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)均獨(dú)樹一幟,所以當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)在發(fā)展過(guò)程中又借鑒了許多In??stron的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)基本是綜合Amsler和Instron80年代產(chǎn)品技術(shù)的集成。
在主機(jī)結(jié)構(gòu)形式上,目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的主機(jī)機(jī)型有兩種類型:一種是借鑒Amsler10HFP422產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式,采用電磁激勵(lì)器是上激勵(lì)方式,其電磁激勵(lì)器、配重砝碼及預(yù)加載系統(tǒng)等均安裝在機(jī)器上部,這種方式應(yīng)用較早,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、各傳遞環(huán)節(jié)直觀清晰。缺點(diǎn)是機(jī)器外型較高、不美觀、氣隙調(diào)節(jié)操作和運(yùn)輸?shù)榷疾皇呛芊奖?另外一種是仿Instron主機(jī)的特點(diǎn),采用電磁激勵(lì)器下激勵(lì)方式,其電磁激勵(lì)器、配重砝碼及預(yù)加載系統(tǒng)等安裝在機(jī)器底部,整個(gè)機(jī)器的重心較低,外型美觀、易于加裝隔音裝置,噪音相對(duì)較低。目前這兩種機(jī)型國(guó)內(nèi)都比較常見(jiàn)。
在控制系統(tǒng)方面,國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用的控制器有兩種類型,我們按作用在激勵(lì)器上的信號(hào)類型即正弦波幅度激勵(lì)或方波脈寬激勵(lì),把控制器分成??線性掃頻幅度控制系統(tǒng) 和??PWM脈寬調(diào)制型控制系統(tǒng) 。早期以Amsler10HFP422為代表的機(jī)器,采用的都是線性掃頻幅度控制系統(tǒng)方式,基本原理是利用傳感器的直接線性反饋加移相掃頻原理,由RC組成的移相掃頻電路,通過(guò)改變R和C的值來(lái)控制起振相位,在Instron的1603型機(jī)器引進(jìn)之前,國(guó)內(nèi)控制器采用的都是這種線性控制器。70年代末,In??stron產(chǎn)品的引入,它與Amsler產(chǎn)品相比,有很大不同和改進(jìn),其控制系統(tǒng)采用了新型的PWM脈沖調(diào)寬型設(shè)計(jì),效果甚佳,國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)消化吸收,早已經(jīng)將該項(xiàng)技術(shù)成熟的應(yīng)用在產(chǎn)品中。由于兩種控制方式各有優(yōu)勢(shì),所以目前兩種控制方式分別應(yīng)用在國(guó)內(nèi)兩個(gè)主要研制廠家的產(chǎn)品當(dāng)中。
在靜態(tài)力值的加載方式上,目前國(guó)內(nèi)大都采用了伺服系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速,并且由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償,解決了以往試驗(yàn)過(guò)程中由于試樣的變化,需要人為地不斷進(jìn)行調(diào)整的繁瑣過(guò)程。另外,國(guó)內(nèi)部分廠家還利用機(jī)器本身配置的伺服系統(tǒng),通過(guò)增加測(cè)量通道和試驗(yàn)程序,來(lái)實(shí)現(xiàn)電子試驗(yàn)機(jī)的部分功能,擴(kuò)展了高頻試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用范圍,使其成為動(dòng)靜兩用機(jī)器。
在動(dòng)態(tài)測(cè)量補(bǔ)償修正技術(shù)方面,國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有將動(dòng)態(tài)標(biāo)定列入必須檢定范疇,所以高頻機(jī)的校驗(yàn)工作基本是采用靜態(tài)標(biāo)定方法。實(shí)際動(dòng)態(tài)應(yīng)用中傳感器和試樣之間是要由夾頭連接的,隨著夾具質(zhì)量的不同,高頻工作中在夾頭和傳感器之間由于慣性力的作用,在傳感器上會(huì)疊加一個(gè)力,這個(gè)力值隨著工作頻率的提高逐漸增大,而該力值并沒(méi)有作用到試樣上,卻作用到傳感器上,使試樣受力與傳感器測(cè)量值產(chǎn)生一定的誤差。這就是我們常說(shuō)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)誤差。國(guó)外在這方面都有一些補(bǔ)償措施,如:采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正或采用加速度傳感器測(cè)量修正等方法。隨著國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸完善,對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的檢定要求會(huì)很快提到議程。所以動(dòng)態(tài)機(jī)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償修正技術(shù)在國(guó)內(nèi)很快會(huì)被實(shí)際應(yīng)用。
隨著國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)需求的增加,給我們的高頻試驗(yàn)機(jī)發(fā)展創(chuàng)造了很好的機(jī)遇。相信不久的將來(lái),在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)同仁的共同努力下,我國(guó)高頻試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)水平一定會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
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