新型弯扭联合作用疲劳试验机的设计研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文疲劳性能测试很有必要性。首先，疲劳性能测试可保证结构件的安全性，防止疲劳破坏和安全事故的发生；其次，高精度的疲劳试验可以在结构件设计时减小其安全系数，从而达到节约材料，减轻重量的目的。综上所述，疲劳失效问题已成为工程领域中关系到结构的使用安全性与经济性的一个重要因素，而疲劳分析研究也就成了人们所关注的一个重要课题。到目前为止，在可靠性预测及强度计算技术还没有充分完善的情况下，疲劳性能测试仍然是评价机械产品疲劳性能最为直观、可靠的方法。所以，我们可以把重心放在改进试验设备上，目标锁定在减少疲劳试验的试验周期，提高测试的精度上。1.2疲劳试验机的发展及国内外的研究现

2、状疲劳试验机有很多类型。按照应用范围的不同，疲劳试验机分为专用疲劳试验机和通用疲劳试验机；按照加载的载荷型式的不同，疲劳试验机可以分为拉压疲劳试验机、旋转弯曲疲劳试验机、平面弯曲疲劳试验机、扭转疲劳试验机等；按照加载方式的不同，可分为万能试验机、液压脉动疲劳试验机、电液伺服程控疲劳试验机、高频谐振式疲劳试验机等。对疲劳问题和疲劳试验机技术的研究已经有了很长的历史。在历史上，首次对疲劳进行研究的是德国人Albert，他对铁制德矿山升降机链条进行了反复加载疲劳试验。之后，德国人Wohler于1850年设计了第一台疲劳试验机，并在1871年发表的论文中，系统地论述了疲劳寿命与循环应力的关系，提出了

3、S-N曲线和疲劳极限的概念，奠定了金属疲劳研究的基础。1945年Miner在对疲劳累计损伤问题进行大量实验研究的基础上，将Palmgren于1924提出的线性累计损伤理论公式化，形成了Palmgren-Miner线性累计损伤法则。1952年Manson和Coffin在大量实验基础上提出了表达塑性应变和疲劳寿命关系的Manson-Coffin公式，奠定了低周疲劳(失效循环周次小于50000次的疲劳试验)基础。1961年Neuber开始用局部应力应变研究疲劳寿命，提出了Neuber法则。1963年Paris在断裂力学的基础上，提出了表达裂纹扩展规律的Paris公式，此后又发展为损伤容限分析。19

4、71年Wetzel在Manson-Coffin研究的基础上，提出了根据应力-应变分析估算疲劳寿命的方法——局部应力应变法。迄今为止，在疲劳寿命估算方面，已先后提出名义应力法、局部应力应变法、能量法、损伤容限分析法等[4]。目前国际上普遍认可的英国INSTRON公司、日本岛津公司、美国MTS公-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文司、德国申克公司的产品体现着疲劳试验机行业的先进技术水平。先进的疲劳试验机具有高精度、宽范围、多功能的电液伺服控制，能够用一台计算机完成所有试验功能，可对试验全过程进行试验力、变形、位移等速率控制并保持，可实现各种控制方式的平滑切换，试验数据的分析处理以及试验结果的打印

5、显示等[5]。国内的情况，深圳新三思、长春试验机研究所和济南试金集团(原济南试验机厂)的产品占有国内市场的大部分份额。试金集团先后与国外著名的试验机厂家及清华大学、浙江大学、中国石化院等国内十几所科研院所开展了技术合作。而上海申克试验机有限公司是由上海机电实业公司和德国申克公司共同投资组建，该公司的全部产品均达到国际八十年代末先进水平；长春试验机研究所70年代初研制出第一台电液伺服程控疲劳试验机，随后经过几代人的努 力，形成了多种定型系列产品[6]。中国疲劳试验机行业从上个世纪80年代以后开始进行电子化、微机化的升级。在80年代初期有一些科研院所和高等院校以课题的方式开始进行试验机的升级改造

6、工作。计算机技术的进步己经为试验过程的自动完成与数据的自动处理提供了条件，研究人员努力将最先进、可靠的技术应用于疲劳试验机，保证试验的准确、高效[7]。在弯曲疲劳试验机方面，目前存在的主要是机械式旋转弯曲疲劳试验机和高频疲劳试验机。机械式旋转弯曲疲劳试验机的测试原理如图1-1所示。试件用夹头夹紧，夹头穿过轴承内圈，两个轴承座一端为滑动铰支座，一端为固定铰支座，在轴承座的靠近试件的部位加悬挂砝码的铰链，靠砝码加载竖直方向的载荷，电动机通过联轴器、柔性轴与穿过轴承座的夹头联接，带动试件旋转，从而给试件加上旋转的弯曲载荷，试件上每一点的应力均为对称循环交变应力[8]。图1-1机械式旋转弯曲疲劳试验

7、机原理图Fig.1-1Principleofmechanicalbendfatiguetestingmachine-3-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文同时，机械式旋转弯曲疲劳试验机可方便改造成弯矩和扭矩联合作用的型式，方法是在试件的末端传动轴上加上一定值的机械负载。机械式旋转弯曲疲劳试验机结构简单，成本低，能够精确地测试试件的疲劳强度；但也存在很多缺点，机械式旋转弯曲疲劳试验机耗能高、噪声大、试验周期长，并且