高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)在各種類型的疲勞試驗(yàn)機(jī)中,具有結(jié)構(gòu)簡單,使用操作方便、效率高、耗能低等特點(diǎn),所以它被廣泛地應(yīng)用在航空、航天、冶金、高等院?？蒲泻徒虒W(xué)及工業(yè)生產(chǎn)等各部門。高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)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(yè)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)室均采用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行斷裂韌性試驗(yàn),測試金屬材料裂紋擴(kuò)展速率及材料的門坎值。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,測試手段的完善,它的使用功能正在不斷的擴(kuò)展中。近年來隨著國內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,人們更加重視動態(tài)試驗(yàn)的過程,作為動態(tài)試驗(yàn)機(jī)中的一族,高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)的需求也開始呈上升趨勢。
高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)的國內(nèi)發(fā)展歷程
高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)國外起步較早,瑞士Amsler和英國Instron公司研發(fā)較早。我國高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)發(fā)展是在上世紀(jì)60年代開始的,主要研制廠家是長春試驗(yàn)機(jī)研究所和紅山試驗(yàn)機(jī)廠兩家。當(dāng)時(shí)主要是參考瑞士Amsler的應(yīng)用技術(shù),以Amsler的10HFP422為主要參照機(jī)型。70年代末隨著英國Instron公司產(chǎn)品的引進(jìn),特別是1603型機(jī)器,其主機(jī)結(jié)構(gòu)及電控系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)均獨(dú)樹一幟,所以當(dāng)時(shí)國內(nèi)高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)在發(fā)展過程中又借鑒了許多In??stron的新技術(shù)。目前國內(nèi)高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)基本是綜合Amsler和Instron80年代產(chǎn)品技術(shù)的集成。
在主機(jī)結(jié)構(gòu)形式上,目前國內(nèi)應(yīng)用的主機(jī)機(jī)型有兩種類型:一種是借鑒Amsler10HFP422產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(yù)加載系統(tǒng)等均安裝在機(jī)器上部,這種方式應(yīng)用較早,其結(jié)構(gòu)簡單、各傳遞環(huán)節(jié)直觀清晰。缺點(diǎn)是機(jī)器外型較高、不美觀、氣隙調(diào)節(jié)操作和運(yùn)輸?shù)榷疾皇呛芊奖?另外一種是仿Instron主機(jī)的特點(diǎn),采用電磁激勵器下激勵方式,其電磁激勵器、配重砝碼及預(yù)加載系統(tǒng)等安裝在機(jī)器底部,整個機(jī)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(jī)型國內(nèi)都比較常見。
在控制系統(tǒng)方面,國內(nèi)目前應(yīng)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(tǒng) 和??PWM脈寬調(diào)制型控制系統(tǒng) 。早期以Amsler10HFP422為代表的機(jī)器,采用的都是線性掃頻幅度控制系統(tǒng)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(jī)器引進(jìn)之前,國內(nèi)控制器采用的都是這種線性控制器。70年代末,In??stron產(chǎn)品的引入,它與Amsler產(chǎn)品相比,有很大不同和改進(jìn),其控制系統(tǒng)采用了新型的PWM脈沖調(diào)寬型設(shè)計(jì),效果甚佳,國內(nèi)經(jīng)過消化吸收,早已經(jīng)將該項(xiàng)技術(shù)成熟的應(yīng)用在產(chǎn)品中。由于兩種控制方式各有優(yōu)勢,所以目前兩種控制方式分別應(yīng)用在國內(nèi)兩個主要研制廠家的產(chǎn)品當(dāng)中。
在靜態(tài)力值的加載方式上,目前國內(nèi)大都采用了伺服系統(tǒng)進(jìn)行無級調(diào)速,并且由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動跟蹤補(bǔ)償,解決了以往試驗(yàn)過程中由于試樣的變化,需要人為地不斷進(jìn)行調(diào)整的繁瑣過程。另外,國內(nèi)部分廠家還利用機(jī)器本身配置的伺服系統(tǒng),通過增加測量通道和試驗(yàn)程序,來實(shí)現(xiàn)電子試驗(yàn)機(jī)的部分功能,擴(kuò)展了高頻試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用范圍,使其成為動靜兩用機(jī)器。
在動態(tài)測量補(bǔ)償修正技術(shù)方面,國內(nèi)目前還沒有將動態(tài)標(biāo)定列入必須檢定范疇,所以高頻機(jī)的校驗(yàn)工作基本是采用靜態(tài)標(biāo)定方法。實(shí)際動態(tài)應(yīng)用中傳感器和試樣之間是要由夾頭連接的,隨著夾具質(zhì)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(chǎn)生一定的誤差。這就是我們常說的動態(tài)試驗(yàn)誤差。國外在這方面都有一些補(bǔ)償措施,如:采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正或采用加速度傳感器測量修正等方法。隨著國內(nèi)動態(tài)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸完善,對動態(tài)測量的檢定要求會很快提到議程。所以動態(tài)機(jī)的動態(tài)補(bǔ)償修正技術(shù)在國內(nèi)很快會被實(shí)際應(yīng)用。
隨著國內(nèi)動態(tài)試驗(yàn)機(jī)需求的增加,給我們的高頻試驗(yàn)機(jī)發(fā)展創(chuàng)造了很好的機(jī)遇。相信不久的將來,在國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)同仁的共同努力下,我國高頻試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)水平一定會有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
