高频疲劳试验机动态特性的研究

发布时间：2017-03-19 04:00

  本文关键词：高频疲劳试验机动态特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 高频疲劳试验机是一种基于共振原理的电磁谐振式金属材料试验机,它用于测定金属及其合金在室温状态下拉伸、压缩的疲劳性能,其特点是高负荷、高频率、低消耗,从而缩短试验时间,降低试验费用,是我国工业发展的主要测试设备之一。目前,高频疲劳试验机存在的主要问题是试件刚度变化过程中系统的控制:固有频率的实时跟踪和振动载荷的精确控制。为了实现这一目标必须建立精确的系统动力学模型,并在此基础上对系统的动态特性进行相应的理论、仿真及实验研究,本文所做的主要研究工作如下: 1、提出了标准紧凑拉伸试件的悬臂梁模型,从应力函数出发建立了试件等效刚度的表达式,最后分析了试件尺寸、材料等因素对刚度的影响。 2、利用有限元分析软件对试件的模态和谐响应进行分析,计算试件本身的固有频率并得出裂纹扩展时固有频率随裂纹长度的变化规律。 3、阐述了高频疲劳试验机的工作原理,建立了试件未出现裂纹时系统的动力学模型;分析了系统的固有频率、振动振幅和小阻尼系统的最大振幅;最后在此基础上对系统的动态特性进行了仿真分析。 4、建立了疲劳扩展时变系统的动力学方程,利用疲劳裂纹检测系统记录裂纹长度和时间的关系,并根据实验数据对试件出现裂纹时的系统固有频率、试件最大振幅进行了理论分析。 5、搭建了基于虚拟仪器技术的实验平台,进行了系统未知参数的辨识,并验证了刚度、固有频率和最大振幅随裂纹长度及时间的变化趋势。 本论文对高频疲劳试验机动态特性的分析和研究工作,为高频疲劳试验的频率和载荷的高精度控制提供了理论基础,为疲劳试验技术的发展做出了贡献。
【关键词】：高频疲劳试验机 系统建模仿真 动态特性 刚度模型 模态分析
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH871.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题来源12
• 1.2 课题研究的背景和意义12-14
• 1.3 疲劳试验介绍14-15
• 1.4 高频疲劳试验机介绍15-17
• 1.4.1 主机结构说明15-16
• 1.4.2 试验过程说明16-17
• 1.5 国内外研究现状17-20
• 1.5.1 国内外研究现状17-19
• 1.5.2 该课题的发展趋势19-20
• 1.6 本文主要研究内容20-21
• 1.7 本章小结21-22
• 第2章 试件刚度模型分析22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 试件刚度模型建立22-28
• 2.2.1 对称悬臂梁模型分析23-24
• 2.2.2 应力函数和边界条件24-25
• 2.2.3 求积分常数及加载点位移25-28
• 2.2.4 随裂纹变化的等效刚度28
• 2.3 试件刚度的影响因素分析28-31
• 2.3.1 切口长度对刚度的影响29-30
• 2.3.2 试件厚度对刚度的影响30
• 2.3.3 试件材料对刚度的影响30-31
• 2.4 本章小节31-32
• 第3章 紧凑拉伸试件动态有限元分析32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 有限元分析简介32-34
• 3.2.1 ANSYS有限元分析软件简介32-33
• 3.2.2 动力学分析类型33-34
• 3.3 试件模型参数34-35
• 3.4 紧凑拉伸试件的模态分析35-37
• 3.4.1 模态分析方法35-36
• 3.4.2 模态分析的步骤36-37
• 3.5 紧凑拉伸试件的谐响应分析37-39
• 3.6 有限元结果分析39-40
• 3.7 本章小结40-41
• 第4章 高频疲劳试验机线性系统的动态特性分析41-58
• 4.1 引言41
• 4.2 电磁激振系统分析41-43
• 4.2.1 电磁激振器结构及工作原理41-42
• 4.2.2 电磁力的计算42-43
• 4.3 无阻尼情况下的系统建模与分析43-52
• 4.3.1 系统模型简化43-44
• 4.3.2 系统分类及力学分析44-45
• 4.3.3 系统固有频率计算45-47
• 4.3.4 系统振幅计算47-48
• 4.3.5 试件刚度、固有频率及振幅的关系分析48-52
• 4.4 有阻尼情况下的系统建模与分析52-57
• 4.4.1 有阻尼情况下系统幅频特性曲线53-55
• 4.4.2 有阻尼情况下系统共振振幅分析55-57
• 4.5 本章小节57-58
• 第5章 裂纹扩展时变系统的动态特性分析58-68
• 5.1 引言58
• 5.2 无阻尼裂纹扩展时变系统的特性分析58-59
• 5.3 有阻尼裂纹扩展时变系统的特性分析59-60
• 5.4 疲劳裂纹检测系统60-65
• 5.4.1 检测系统总体框架61-62
• 5.4.2 裂纹时变曲线检测流程62-63
• 5.4.3 裂纹随时间变化分析63-65
• 5.5 固有频率随时间变化分析65-66
• 5.6 试件最大振幅随时间变化分析66-67
• 5.7 本章小节67-68
• 第6章 基于虚拟仪器技术平台的实验研究68-83
• 6.1 实验目的及总体框架68-69
• 6.2 实验的硬件平台搭建69-73
• 6.2.1 振动信号调理71-72
• 6.2.1.1 传感器选择71
• 6.2.1.2 加速度信号调理设备选择71-72
• 6.2.2 激振器输入信号调理72-73
• 6.2.2.1 传感器选择72-73
• 6.2.2.2 NI测量模块选择73
• 6.3 软件的整体设计73-79
• 6.3.1 概述73-74
• 6.3.2 软件流程设计74-75
• 6.3.3 软件系统功能模块75-76
• 6.3.4 信号采集处理系统76-77
• 6.3.4.1 多路信号同步采集76
• 6.3.4.2 信号同步响应处理76-77
• 6.3.5 系统辨识77-79
• 6.4 实验验证与结果分析79-82
• 6.4.1 线性定常系统实验79-80
• 6.4.2 非线性慢变系统实验80-82
• 6.5 本章小节82-83
• 第7章 总结与展望83-85
• 7.1 总结83
• 7.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果90

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本文编号：255451