压电驱动型卧式小载荷高频疲劳试验机的设计研究

发布时间：2020-08-10 15:15

【摘要】：随着科学技术的进步,生产生活中越来越多微机电器件以及生物器件受到小载荷交变应力的作用,疲劳破坏是其失效的主要形式。目前来说,预防疲劳破坏的最有效手段是进行疲劳检测。疲劳试验机作为检测材料试件力学性能的重要工具,我们对它的要求也逐渐提高。压电驱动有着体积小、响应速度快、变形精确度高、无电磁干扰等诸多优势,因此相比于传统的电磁式以及电液式疲劳试验机,压电驱动式疲劳试验机更适合于对高频受力、小载荷受力器件进行疲劳检测。针对试件所受载荷小于卡具重力这类的微小载荷疲劳检测问题,本文在项目组已有压电驱动型疲劳试验机的研究基础上,提出了一种压电驱动型卧式小载高频荷疲劳试验机,相对于传统的立式疲劳试验机,其加载载荷只发生于水平方向,避免了卡具重力对加载的影响,极大提高了检测的精度。本文主要内容如下:1.通过相关的文献阅读以及专著查阅,探讨了传统疲劳试验机的原理以及研究现状、压电驱动技术在疲劳检测领域的研究历史和研究现状,明确了本文的研究内容以及研究意义。2.详细解析了本文用到的核心驱动元件—压电振子。从微观本质上阐述了压电效应,明确了压电陶瓷的性能评价参数指标,介绍了压电振子的制作过程、驱动机理,实际制作了两种型号的圆环形双晶片压电振子,并实际测试了其阻抗和中心点位移,为下一步样机的设计奠定了基础。3.对压电驱动型卧式小载荷疲劳试验机进行了工作原理解析以及整机的结构设计,整机结构包括预加载模块、载荷放大模块、机架、卡具等,明确了各个模块结构的功能、设计原理,各个模块中零件的形状、材料、性能要求;按照设计的拟定尺寸参数,在三维设计软件中装配了样机并在ANSYS中进行了模态分析。4.设计了基于Labview的疲劳检测软件系统,通过调用动态链接库实现传感器的力值读取,完成了界面切换、触发、参数预设、信息存档、数值存储、载荷循环次数显示、波形显示、系统时间显示等诸多功能。5.建立了系统动力学模型,依照牛顿力学定律,给出了系统动力学运动的微分方程,并求解了方程的稳态响应,同时得出了系统的固有频率以及相位角的表达式,分析了其影响因素,分别绘制了幅频特性以及相频特性的相关曲线,得到若干结论;给出了相关零件参量的数值计算表达式;实际装配了样机,进行了性能测试;以H62黄铜带为原材料,制作了标准试件,进行了拉伸疲劳试验,验证了装置的可靠性以及准确性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH87

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本文编号：2788255