压电式高频微小载荷疲劳试验机研究

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1、分类号：TH12单位代码：10183压电研究生学号：2015412080密级：公开式高频微小载荷疲劳试验机研究吉林大学硕士学位论文（学术学位）压电式高频微小载荷疲劳试验机研究ResearchofHighFrequencyMicro-loadFatigueTestingMachine马DrivedbyPiezoelectricActuator磊作者姓名：马磊专业：机械设计及理论研究方向：微小机械与精密机械指导教师：杨志刚教授吉林培养单位：机械科学与工程学院大学2018年5月压电式高频微小载荷疲劳试验机研究ResearchofHighFrequencyMicro-loadFat

2、igueTestingMachineDrivedbyPiezoelectricActuator作者姓名：马磊专业名称：机械设计及理论学位类别：工学硕士指导教师：杨志刚教授答辩日期：2018年5月26日本文由国家自然基金项目“压电驱动式高频疲劳试验机结构设计理论与性能研究”（项目编号：51075475）资助未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑

3、重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同

4、意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：机械设计及理论论文题目：压电式高频微小载荷疲劳试验机研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市南关区人民大街5988号（130025）作者联系电话：15104425725摘要压电式高频微小载荷疲劳试验机研究十九世纪工业革命以来，微机电系统、生物医学、新能源、仿生等领域的各种小尺度器件层出不穷，这些小尺度器件均受到交变载荷的作用，疲劳破坏是它们主要的失效形式。目前而言，不论是国内还是国外应对疲劳破坏问题的主要方式是对材料进行疲劳

5、测试，绘制疲劳曲线，从而计算疲劳寿命。疲劳试验机是疲劳检测的重要工具，传统的疲劳试验机主要有四种驱动方式：机械式、气动式、电液伺服式与电磁共振式。其中机械式和气动式疲劳试验机加载频率较低，电液伺服式与电磁共振式则是目前应用较多的高频加载方式，但是它们加载载荷均大于500N，且成本昂贵。因此设计一种对工作在交变微小载荷工况下试件普遍适用的疲劳试验机意义重大。本文是在国家自然科学基金项目《压电驱动式高频疲劳试验机构设计理论与性能试验研究》支持下，利用压电陶瓷作为驱动元件，设计的一种针对高频、微小载荷受力器件的新型压电式疲劳试验机（以下简称―压电式微小载荷疲劳机‖或―疲劳机‖），

6、并对其进行了机械结构设计、动力学分析、模态分析、样机制作与实验测试等相关工作，主要内容有以下几方面：1、阅读相关文献和查阅有关专著后，明确了传统疲劳试验机的分类、应用与研究现状，在深入探讨了压电驱动技术在疲劳检测领域应用的基础上，提出了本文选题的意义与应用前景。2、对本文所用的驱动源—压电振子进行了详细说明，明确了压电陶瓷性能评价相关参数。确定矩形双晶片式压电振子（以下简称压电振子）作为疲劳机的驱动元件，对其固定方式、接线形式、振动模态进行了逐一探讨。实际制作了压电振子，并对其进行阻抗特性分析，为疲劳机设计奠定基础。3、对疲劳机工作原理进行了详细分析，明确了疲劳机预加载调整

7、模块、弹性摆动梁、底座、导柱等各个模块的设计原理、功能以及其中各个零件的尺寸、材料要求，完成整机结构设计；针对本文载荷特点选定了微型悬臂梁式载荷传感器，设计了疲劳机的检测模块，实现对施加的交变载荷的实时监测、记录与处理。4、利用三维软件SOLIDWORKS装配模型，并通过ANSYS软件对其进行I了模态仿真分析；简化疲劳机机械结构，建立了动力学模型，然后给出了动力学微分方程；通过求解微分方程，得到了振动系统的振幅放大比与在实验过程中施加的动载荷大小的理论表达式，明确了它们的影响因素与变化规律。5、实际加工装配了疲劳机