[發明專利]一種測試螺栓結合面接觸阻尼特性的方法

無效

• 申請號: 201310309104.6
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103389202A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 郭鐵能;郝宇;蔡力鋼;劉志峰;馬曉超
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N19/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術領域

本發明涉及一種測試螺栓結合面接觸阻尼特性的方法，屬于機械制造及機械動力學領域。

背景技術

機床乃至各類機械，為滿足功能、性能和加工的要求以及運輸上的方便，一般都不是一個連續的整體，而是由各種零件按照一定的具體要求組合起來的。稱零件、組件、部件之間相互接觸的表面為“機械結合面”，簡稱“結合面”，或“接觸面”。結合面在機械結構中的大量存在，從而使機械結構或系統不再具有連續性，進而導致了問題的復雜性。結合面存在著接觸剛度和接觸阻尼。從機械動力學的角度分析結合面問題，它與機械結構的振動及動態特性存在著密切的聯系。有兩個方面的原因：一方面，結合面剛度是機械結構整體剛度的重要組成部分，有時成為整體剛度的薄弱環節；另一方面，就是對于像動力機械、機床等由剛性零件組成的機構或機器，其總阻尼值的90%以上來源于結合面阻尼，和機器零件本身的阻尼相比，結合面阻尼占有絕對優勢。因此，結合面動態特性的研究特別是結合面的接觸阻尼的研究無論是從理論還是從實際應用上都具有十分重要的意義。

螺栓聯接的結合面是機械結構中最典型的結合面之一。螺栓聯接具有聯接可靠、聯接強度高、可拆卸、能自鎖等優點。在一般的螺栓結合面中，對螺栓預緊情況不同，結合面接觸阻尼亦會不同，即螺栓預緊和螺栓結合面接觸阻尼有直接的關系。螺栓預緊情況容易獲得，但對于結合面阻尼來說，情況要復雜得多，至今也沒有一個簡明準確的計算方法。因此，有必要對螺栓結合面接觸阻尼進行深入的研究。

各國學者也因此對螺栓結合面阻尼特性的研究給予了很大的關注和重視，并進行了大量的研究工作。螺栓結合面在承受周期載荷時，連接的結合面部位存在微觀滑移和宏觀滑移兩種形式的運動。在合理的載荷范圍內宏觀滑移很少發生，但是微觀滑移卻是時刻存在的。研究表明，對結合面反復加載和卸載，其“載荷－位移”曲線會成為一個遲滯回線，此回線所圍的面積表示一個循環中單位體積的材料以熱能形式耗散掉的能量，從而產生阻尼作用，這種接觸阻尼又稱為滯后阻尼。因此可通過研究載荷與能量損失的關系來識別結合面參數。但是要研究結合面阻尼的作用機理要困難很多，因為結合面本身的阻尼與它所處的結構系統中的其他結構阻尼往往處于同一個數量級。正是因為如此，向結合面阻尼研究的測量設備和測試技術提出了更高的要求。

影響螺栓結合面接觸阻尼特性的現實因素很多，而且十分復雜，這些因素主要有：

（1）結合面的阻尼特性與結合面的承力狀況有關，結合面實際承受的動態力可能是法向力、切向力、彎矩、扭矩或它們的組合。阻尼和這些力的特性有關，也和結合面的法向壓力。如果激勵的大小和方向還要變化，那么，結合面出現十分復雜的受力狀況，使結合面動態特性的分析帶來困難。

（2）在阻尼機理尚未徹底探明的情況下，結合面阻尼可以用能量耗損的觀點加以分析、測定和計算。但是結合面的阻尼特性的相關因素很多，例如結合面的表面幾何形貌及物理狀況；結合面之間的受力狀況；結合面之間存在的介質狀況；結合面在受力后的運動及變形狀況等等。這些因素在研究、分析及實驗時又不易加以控制，造成理論計算及實際測定時的誤差，甚至影響到規律的探求。

（3）結合面動態特性的測定必須作為機械測量系統的一部分通過對系統的測定間接地得到。為了測量結合面阻尼就必須同時測定與結合面阻尼密切相關的材料阻尼、系統其他部分的結構阻尼，然后加以鑒別及分離。然而測量、鑒別、分離結合面阻尼是十分困難的。

盡管結合面基礎特性研究這方面的研究論文很多，但是真正給出結合面動態基礎特性參數數據的卻很少，有些結果或結論還沒有得到證實，所以有待做進一步的實驗研究；找到一種比較理想的結合面接觸阻尼特性參數識別的方法，是在設計階段進一步提高整機性能預測水平的先決條件。

發明內容

本發明的目的是提供一種精度較高且完整的測試螺栓結合面接觸阻尼特性的實驗方法，通過材料試驗機對實驗試件施加周期動態載荷，使用力傳感器和直線位移傳感器分別獲得材料試驗機的周期載荷信號和實驗試件結合面處的縱向直線位移信號，并利用數據采集系統將數據發送至計算機，得到螺栓結合面“載荷－位移”關系，從而全面掌握螺栓結合面接觸阻尼特性參數。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。