我国高频疲劳试验机现状及发展
时间：2014-03-19 阅读：2728
高频疲劳试验机在各种类型的疲劳试验机中,具有结构简单,使用操作方便、效率高、耗能低等特点,所以它被广泛地应用在航空、航天、冶金、高等院校科研和教学及工业生产等各部门。高频疲劳试验机可以用来测试各种金属材料和一些非金属材料抵抗疲劳断裂性能,绘制疲劳寿命曲线(S-N曲线);配以各种夹具,可以用来测试各种零部件的疲劳寿命。目前很多高等院校、科研部门和工矿企业的力学实验室均采用高频疲劳试验机进行断裂韧性试验,测试金属材料裂纹扩展速率及材料的门坎值。随着微电子技术和计算机技术的发展,测试手段的完善,它的使用功能正在不断的扩展中。近年来随着国内试验技术的发展,人们更加重视动态试验的过程,作为动态试验机中的一族,高频疲劳试验机的需求也开始呈上升趋势。
高频疲劳试验机的国内发展历程
高频疲劳试验机国外起步较早,瑞士Amsler和英国Instron公司研发较早。我国高频疲劳试验机发展是在上世纪60年代开始的,主要研制厂家是长春试验机研究所和红山试验机厂两家。当时主要是参考瑞士Amsler的应用技术,以Amsler的10HFP422为主要参照机型。70年代末随着英国Instron公司产品的引进,特别是1603型机器,其主机结构及电控系统在当时均独树一帜,所以当时国内高频疲劳试验机在发展过程中又借鉴了许多Instron的新技术。目前国内高频疲劳试验机基本是综合Amsler和Instron80年代产品技术的集成。
在主机结构形式上,目前国内应用的主机机型有两种类型:一种是借鉴Amsler10HFP422产品结构形式,采用电磁激励器是上激励方式,其电磁激励器、配重砝码及预加载系统等均安装在机器上部,这种方式应用较早,其结构简单、各传递环节直观清晰。缺点是机器外型较高、不美观、气隙调节操作和运输等都不是很方便;另外一种是仿Instron主机的特点,采用电磁激励器下激励方式,其电磁激励器、配重砝码及预加载系统等安装在机器底部,整个机器的重心较低,外型美观、易于加装隔音装置,噪音相对较低。目前这两种机型国内都比较常见。
在控制系统方面,国内目前应用的控制器有两种类型,我们按作用在激励器上的信号类型即正弦波幅度激励或方波脉宽激励,把控制器分成线性扫频幅度控制系统 和PWM脉宽调制型控制系统 。早期以Amsler10HFP422为代表的机器,采用的都是线性扫频幅度控制系统方式,基本原理是利用传感器的直接线性反馈加移相扫频原理,由RC组成的移相扫频电路,通过改变R和C的值来控制起振相位,在Instron的1603型机器引进之前,国内控制器采用的都是这种线性控制器。70年代末,Instron产品的引入,它与Amsler产品相比,有很大不同和改进,其控制系统采用了新型的PWM脉冲调宽型设计,效果甚佳,国内经过消化吸收,早已经将该项技术成熟的应用在产品中。由于两种控制方式各有优势,所以目前两种控制方式分别应用在国内两个主要研制厂家的产品当中。
在静态力值的加载方式上,目前国内大都采用了伺服系统进行无级调速,并且由控制系统进行自动跟踪补偿,解决了以往试验过程中由于试样的变化,需要人为地不断进行调整的繁琐过程。另外,国内部分厂家还利用机器本身配置的伺服系统,通过增加测量通道和试验程序,来实现电子试验机的部分功能,扩展了高频试验机应用范围,使其成为动静两用机器。
在动态测量补偿修正技术方面,国内目前还没有将动态标定列入必须检定范畴,所以高频机的校验工作基本是采用静态标定方法。实际动态应用中传感器和试样之间是要由夹头连接的,随着夹具质量的不同,高频工作中在夹头和传感器之间由于惯性力的作用,在传感器上会叠加一个力,这个力值随着工作频率的提高逐渐增大,而该力值并没有作用到试样上,却作用到传感器上,使试样受力与传感器测量值产生一定的误差。这就是我们常说的动态试验误差。国外在这方面都有一些补偿措施,如:采用经验公式进行修正或采用加速度传感器测量修正等方法。随着国内动态试验标准的逐渐完善,对动态测量的检定要求会很快提到议程。所以动态机的动态补偿修正技术在国内很快会被实际应用。
随着国内动态试验机需求的增加,给我们的高频试验机发展创造了很好的机遇。相信不久的将来,在国内试验机行业同仁的共同努力下,我国高频试验机的技术水平一定会有突飞猛进的发展。