CT试件接触刚度对谐振疲劳试验平均载荷影响及在线补偿

发布时间：2020-05-21 10:43

【摘要】：相关研究表明,大量的断裂都与疲劳裂纹的产生和扩展紧密相关,采用疲劳裂纹扩展试验来研究材料的断裂特性,对提高机械产品的可靠性与使用寿命具有十分重要的意义。电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验系统是基于共振原理工作的,是一种用来测量金属材料及其构件疲劳特性的高效测试装置,紧凑拉伸(CT)试件是疲劳裂纹扩展试验中最常用的试件,要保证试验结果的准确性必须要在试验过程中精确测量和控制作用在试件上的试验载荷(振幅和平均载荷)。疲劳裂纹扩展试验过程中,由于CT试件连接结合面接触刚度的变化引起了平均载荷的变化,需对其进行在线补偿,本文针对CT试件接触刚度对谐振疲劳试验平均载荷的影响及在线补偿进行了理论分析和实验研究。具有理论和应用价值。本文主要工作如下:1.搭建了电磁谐振式疲劳试验平均载荷在线补偿系统,主要由疲劳裂纹在线检测系统和试验载荷控制系统组成,并提出了一种平均载荷在线补偿方法,采用模糊控制技术对平均载荷进行了在线控制与补偿。2.建立了CT试件接触刚度模型、电磁谐振式疲劳试验线性多自由度振动系统力学模型和谐振式疲劳试验静态载荷加载力学模型,采用了Hertz接触理论对CT试件法向接触刚度进行了理论分析和计算,采用了有限元分析方法建立CT试件、测力传感器、主振及激振弹簧刚度计算模型,分析了试件刚度随裂纹长度的变化规律,进一步分析了平均载荷误差来源,推导出了平均载荷误差表达式,详细地研究了各个因素对谐振式疲劳试验平均载荷误差的影响。3.搭建了谐振式疲劳试验平均载荷在线测量与补偿实验系统,对实验系统的软、硬件进行了设计。最后,进行了相关实验,通过实验对本文提出的方法进行了实施、分析和验证。
【图文】：

疲劳破坏,事例,疲劳裂纹扩展

(c) F-15 战斗机空中解体 (d) 集装箱船“MOLComfort”发生断裂图 1-1 疲劳破坏事例1.2.2 谐振式疲劳裂纹扩展试验1.2.2.1 疲劳裂纹扩展试验疲劳裂纹扩展试验前，先将待测材料加工成带有预制裂纹的标准试件，并将其安装在疲劳试验机上，然后通过载荷控制系统控制加载机构将载荷施加到试件上，疲劳试验机起振后，试件裂纹尖端在循环载荷的作用下产生了应力集中并发生扩展，随着试验的进行试件上的裂纹不断发生扩展[14-17]。试验中根据裂纹扩展速率 da/dN（其中 N 为循环载荷次数，a 为所对应的裂纹长度）来研究材料疲劳断裂性能。疲劳裂纹扩展试验的方法有很多，目前常规疲劳试验方法有：1）拉伸试验法，2）三点弯曲试验法，3）旋转扭矩试验法，如图 1-2 所示。

疲劳试验方法,常规

(c) F-15 战斗机空中解体 (d) 集装箱船“MOLComfort”发生断图 1-1 疲劳破坏事例振式疲劳裂纹扩展试验疲劳裂纹扩展试验裂纹扩展试验前，先将待测材料加工成带有预制裂纹的标准试件，并验机上，然后通过载荷控制系统控制加载机构将载荷施加到试件上，，试件裂纹尖端在循环载荷的作用下产生了应力集中并发生扩展，随上的裂纹不断发生扩展[14-17]。试验中根据裂纹扩展速率 da/dN（其中，a 为所对应的裂纹长度）来研究材料疲劳断裂性能。裂纹扩展试验的方法有很多，目前常规疲劳试验方法有：1）拉伸试试验法，，3）旋转扭矩试验法，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH87

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