高頻疲勞試驗機在各種類型的疲勞試驗機中,具有結構簡單,使用操作方便、效率高、耗能低等特點,所以它被廣泛地應用在航空、航天、冶金、高等院校科研和教學及工業生產等各部門。高頻疲勞試驗機可以用來測試各種金屬材料和一些非金屬材料抵抗疲勞斷裂性能,繪制疲勞壽命曲線(S-N曲線);配以各種夾具,可以用來測試各種零部件的疲勞壽命。目前很多高等院校、科研部門和工礦企業的力學實驗室均采用高頻疲勞試驗機進行斷裂韌性試驗,測試金屬材料裂紋擴展速率及材料的門坎值。隨著微電子技術和計算機技術的發展,測試手段的完善,它的使用功能正在不斷的擴展中。近年來隨著國內試驗技術的發展,人們更加重視動態試驗的過程,作為動態試驗機中的一族,高頻疲勞試驗機的需求也開始呈上升趨勢。
高頻疲勞試驗機的國內發展歷程
高頻疲勞試驗機國外起步較早,瑞士Amsler和英國Instron公司研發較早。我國高頻疲勞試驗機發展是在上世紀60年代開始的,主要研制廠家是長春試驗機研究所和紅山試驗機廠兩家。當時主要是參考瑞士Amsler的應用技術,以Amsler的10HFP422為主要參照機型。70年代末隨著英國Instron公司產品的引進,特別是1603型機器,其主機結構及電控系統在當時均獨樹一幟,所以當時國內高頻疲勞試驗機在發展過程中又借鑒了許多In??stron的新技術。目前國內高頻疲勞試驗機基本是綜合Amsler和Instron80年代產品技術的集成。
在主機結構形式上,目前國內應用的主機機型有兩種類型:一種是借鑒Amsler10HFP422產品結構形式,采用電磁激勵器是上激勵方式,其電磁激勵器、配重砝碼及預加載系統等均安裝在機器上部,這種方式應用較早,其結構簡單、各傳遞環節直觀清晰。缺點是機器外型較高、不美觀、氣隙調節操作和運輸等都不是很方便;另外一種是仿Instron主機的特點,采用電磁激勵器下激勵方式,其電磁激勵器、配重砝碼及預加載系統等安裝在機器底部,整個機器的重心較低,外型美觀、易于加裝隔音裝置,噪音相對較低。目前這兩種機型國內都比較常見。
在控制系統方面,國內目前應用的控制器有兩種類型,我們按作用在激勵器上的信號類型即正弦波幅度激勵或方波脈寬激勵,把控制器分成??線性掃頻幅度控制系統 和??PWM脈寬調制型控制系統 。早期以Amsler10HFP422為代表的機器,采用的都是線性掃頻幅度控制系統方式,基本原理是利用傳感器的直接線性反饋加移相掃頻原理,由RC組成的移相掃頻電路,通過改變R和C的值來控制起振相位,在Instron的1603型機器引進之前,國內控制器采用的都是這種線性控制器。70年代末,In??stron產品的引入,它與Amsler產品相比,有很大不同和改進,其控制系統采用了新型的PWM脈沖調寬型設計,效果甚佳,國內經過消化吸收,早已經將該項技術成熟的應用在產品中。由于兩種控制方式各有優勢,所以目前兩種控制方式分別應用在國內兩個主要研制廠家的產品當中。
在靜態力值的加載方式上,目前國內大都采用了伺服系統進行無級調速,并且由控制系統進行自動跟蹤補償,解決了以往試驗過程中由于試樣的變化,需要人為地不斷進行調整的繁瑣過程。另外,國內部分廠家還利用機器本身配置的伺服系統,通過增加測量通道和試驗程序,來實現電子試驗機的部分功能,擴展了高頻試驗機應用范圍,使其成為動靜兩用機器。
在動態測量補償修正技術方面,國內目前還沒有將動態標定列入必須檢定范疇,所以高頻機的校驗工作基本是采用靜態標定方法。實際動態應用中傳感器和試樣之間是要由夾頭連接的,隨著夾具質量的不同,高頻工作中在夾頭和傳感器之間由于慣性力的作用,在傳感器上會疊加一個力,這個力值隨著工作頻率的提高逐漸增大,而該力值并沒有作用到試樣上,卻作用到傳感器上,使試樣受力與傳感器測量值產生一定的誤差。這就是我們常說的動態試驗誤差。國外在這方面都有一些補償措施,如:采用經驗公式進行修正或采用加速度傳感器測量修正等方法。隨著國內動態試驗標準的逐漸完善,對動態測量的檢定要求會很快提到議程。所以動態機的動態補償修正技術在國內很快會被實際應用。
隨著國內動態試驗機需求的增加,給我們的高頻試驗機發展創造了很好的機遇。相信不久的將來,在國內試驗機行業同仁的共同努力下,我國高頻試驗機的技術水平一定會有突飛猛進的發展。
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