[發明專利]一種用于被測試件非對稱循環載荷的加載裝置和方法

有效

• 申請號: 202010024122.X
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111189725B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王昕;張學成;曹曉東;張瀚冰;李文權;李群;姜冬梅
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/62;G01N3/02;G01N3/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種用于被測試件非對稱循環載荷的加載裝置，其特征在于：包括連接柱、上試件夾持端、上懸鏈線過渡段、中間段、下懸鏈線過渡段、下試件夾持端和試件安裝孔，其中連接柱與上試件夾持端頂部相連接，該上試件夾持端下接上懸鏈線過渡段，該上懸鏈線過渡段下接中間段，該中間段底部和下懸鏈線過渡段相連，該下懸鏈線過渡段與下試件夾持端相連接，試件安裝孔位于連接柱的下方內部；

所述上試件夾持端的圓柱表面均勻對稱布置兩個工字形槽一，在其中部設置兩個帶有沉頭孔的夾緊力調節螺紋孔一，螺紋孔上安裝夾持螺釘一；

所述下試件夾持端圓柱表面均勻對稱布置兩個工字形槽二，在其中部設置兩個帶有沉頭孔的夾緊力調節螺紋孔二，螺紋孔上安裝夾持螺釘二，位置與上試件夾持端關于中間段對稱面對稱；

所述試件安裝孔其結構為一圓柱形盲孔，軸線與所述連接柱、上試件夾持端、上懸鏈線過渡段、中間段、下懸鏈線過渡段、下試件夾持端同軸，盲孔一端位于下試件夾持端的端面、另一端延伸至上試件夾持端內部，且越過上試件夾持端的工字形槽一上端3～4mm。

2.根據權利要求1所述的一種用于被測試件非對稱循環載荷的加載裝置，其特征在于：所述連接柱、上試件夾持端、上懸鏈線過渡段、中間段、下懸鏈線過渡段、下試件夾持端同軸。

3.根據權利要求1所述的一種用于被測試件非對稱循環載荷的加載裝置，其特征在于：所述中間段在其兩端兩側設置有四個對稱分布的側邊孔。

4.根據權利要求1所述的一種用于被測試件非對稱循環載荷的加載裝置，其特征在于：所述下懸鏈線過渡段的結構與上懸鏈線過渡段相同，位置與上懸鏈線過渡段關于中間段對稱面對稱。

5.采用如權利要求1～4任一項所述用于被測試件非對稱循環載荷的加載裝置的加載方法，其特征在于，包括下列步驟：

(1)、實現對被測試件的有效預應力夾持，需預先準備公稱直徑與試件安裝孔直徑相等，長度長于試件安裝孔的被測試件，其與試件安裝孔的配合關系為間隙配合；為了使試件在安裝后有一定程度的預應力，需要在試件安裝之前使之產生一定程度的預變形，為了對被測試件進行有效夾持，夾緊力調節螺紋孔一和夾緊力調節螺紋孔二分別與夾持螺釘一和夾持螺釘二配合，通過六角扳手擰緊或力矩扳手精確調節，在夾持螺釘擰緊時，工字形槽一和工字形槽二的寬度變窄，試件安裝孔上段和試件安裝孔下段變形并夾緊試件，夾持器工作時利用由夾緊力產生的靜摩擦力對試件進行激勵振動；

(2)、實現夾持器與超聲疲勞試驗機末端有效的連接，為了將夾持器與超聲試驗機有效連接，在夾持器頭部設有連接柱，其上攻有細牙螺紋用于與超聲疲勞試驗機變幅桿上的試件安裝孔連接；

(3)、實現夾持器對試件預緊力的標定，做如下標定實驗：在試件裝入夾持器之前，將電子式引伸計兩個測量腳插入工字形槽中，在試件裝入夾持器后，夾持器因為試件的反預緊力F′₀而發生變形，變形的大小u₀可通過電子式引伸計得出，作為標定參照物，準備一個標定實驗用夾持器和兩個標定實驗用配件，標定實驗用夾持器與本裝置不同之處在于缺少連接柱且試件安裝孔為通孔；標定實驗用配件為一段圓柱，直徑與試件安裝孔相同，長度為試件安裝孔長度的1/3～1/2；將配件裝入夾持器兩端并使用夾持螺釘夾緊，擰緊力矩與安裝試件時的擰緊力矩相同；同樣將相同規格的數字式引伸計兩個測量腳插入夾持器的工字形槽中；將已安裝標定實驗用配件與數字式引伸計的標定實驗用夾持器裝入普通力標準機中，在兩端加載靜力F，同時用數字式引伸計測量夾持器的變形u，調整加載靜力F使變形u＝u₀，則加載靜力F＝F′₀，而反預緊力F′₀大小等于夾持器給予試件的預緊力F₀，從而實現對預緊力的定量；

(4)、在試驗機工作過程中，由超聲疲勞試驗機控制系統與動力源系統輸出的高頻電信號經過超聲換能器轉化為高頻機械波，向下級超聲變幅桿及試件傳遞，試件夾持器通過連接柱及試件夾持端上端面接收變幅桿傳遞的機械波，并通過試件安裝孔上段與試件安裝孔下段向試件傳遞振動波，如果試件兩端夾持處振動相位相反，則試件將受到與激勵信號頻率相同的交變力作用；由于試件裝入夾持器后，在夾持器的夾持作用下，試件已經產生一定的拉應力σ₀，在試驗機工作過程中，試驗機的對稱激振力與預應力疊加，得到最終試件的應力波形，為不對稱應力；調整預應力σ₀與激振力的幅值σ_A，即可調整試件所受交變應力的循環特征r。