专利名称:材料疲劳过程综合测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种材料疲劳过程综合测试系统，包括疲劳试验台、传感装置和控制系统，疲劳试验台包括平台、夹紧装置和往复运动装置，被测试件的一端固定在夹紧装置上，另一端与往复运动装置的末端执行件连接，传感装置包括应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器，应力应变传感器和声发射传感器设置在被测试件的表面，红外温度传感器设置在距被测试件表面一定距离内，控制系统包括控制模块和信号采集及处理模块，应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器均与信号采集及处理模块连接。本实用新型解决了目前缺乏可通过实验研究不同金属材料疲劳过程中的一些特征的综合测试系统的问题，具有综测项目多、操作简单、自动化程度高的优点。
【专利说明】材料疲劳过程综合测试系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种材料疲劳过程综合测试系统。
【背景技术】
[0002]交变应力作用下，金属构件破坏的主要形式是疲劳损伤。疲劳损伤是一个渐变的过程，首先在构件应力集中处发生局部微观裂纹，随着交变应力作用时间增加，微观裂纹逐渐集结沟通形成宏观裂纹，当达到一定限度时，构件会突然断裂，金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。
[0003]统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。由于疲劳损伤是一个渐变的过程，而且整个过程中伴随着一些特征(如应力应变、温度、声发射)的变化，因此，通过实验研宄不同金属材料疲劳过程中的一些特征，利用不同材料疲劳过程中特有的信息，实现结构或零部件疲劳损伤程度的在线监测，对避免重大事故的发生具有十分重要的意义。然而，目前尚缺乏可通过实验研宄不同金属材料疲劳过程中的一些特征的综合测试系统。
实用新型内容
[0004]为解决目前缺乏可通过实验研宄不同金属材料疲劳过程中的一些特征的综合测试系统的问题，本实用新型提供一种材料疲劳过程综合测试系统。
[0005]本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]一种材料疲劳过程综合测试系统，包括疲劳试验台、传感装置和控制系统，所述疲劳试验台包括平台、夹紧装置和往复运动装置，所述夹紧装置和往复运动装置安装在平台上，被测试件的一端固定在夹紧装置上，另一端与往复运动装置的末端执行件连接，所述传感装置包括应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器，所述应力应变传感器和声发射传感器设置在被测试件的表面，所述红外温度传感器设置在距被测试件表面一定距离内，所述控制系统包括控制模块和信号采集及处理模块，所述应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器均与信号采集及处理模块连接。
[0007]优选地，所述往复运动装置包括电动机、曲柄、连杆、滑块和导轨，所述电动机和导轨固定在平台上，电动机的动力输出轴通过曲柄和连杆与滑块连接，所述滑块设置在导轨上，被测试件的一端与滑块连接。
[0008]为便于模拟和研宄被测试件在不同弯折频率下的疲劳破坏过程，优选地，所述电动机为调速电机，所述调速电机与控制系统的控制模块连接。
[0009]优选地，所述调速电机为变频调速电机，所述控制系统为计算机。
[0010]为便于测量被测试件在疲劳破坏过程中的主应变的大小和方向，优选地，所述应力应变传感器为应力应变花。
[0011]为避免应力应变传感器阻挡红外温度传感器的工作，优选地，所述应力应变传感器设置在被测试件预估断裂区表面远离红外温度传感器的一侧。
[0012]为重点监测被测试件预估断裂区的温度场变化，优选地，所述红外温度传感器设置在与被测试件预估断裂区表面垂直的一定距离内。
[0013]优选地，所述往复运动装置的末端执行件的运动方向与被测试件的长度方向垂直。
[0014]为便于使用，优选地，所述夹紧装置为虎钳。
[0015]优选地，所述虎钳通过固定夹具固定在平台上。
[0016]可选地，所述往复运动装置包括气缸，所述气缸的活塞杆的执行端与被测试件的一端连接。
[0017]本实用新型通过将被测试件的一端固定在夹紧装置上，另一端由往复运动装置的末端执行件带动做反复弯折动作，从而实现了对被测试件疲劳破坏过程的模拟，同时，通过应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器实时测量被测试件在整个疲劳破坏过程中的应力应变、温度场和声发射特征，并通过信号采集及处理模块对测量信号进行采集和处理，从而得到不同材料的被测试件在整个疲劳破坏过程中材料本身的应力应变、温度场和声发射特征的数据信息，以建立不同材料疲劳损伤程度与这些特征信息之间的内在联系，实现不同材料结构件或零部件损伤程度的在线监测，为设备维修保养等提供依据；进一步地，通过改变往复运动装置的输入能量(如改变电动机的转速)，还可得到不同输入能量下被测试件在整个疲劳破坏过程中材料本身的应力应变、温度场和声发射的数据信息，从而归纳出不同材料、不同输入能量与材料疲劳损伤程度之间的关系，构建起完整的材料疲劳损伤与外部影响参数之间的关系模型，为以后预测大型机械或材料本身的安全性能提供理论及数据支持。
[0018]本实用新型提供了一种材料疲劳过程综合测试系统，解决了目前缺乏可通过实验研宄不同金属材料疲劳过程中的一些特征的综合测试系统的问题，具有综测项目多、操作简单、自动化程度高的优点，可广泛用于对各种材料疲劳损伤的研宄。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施例的疲劳试验台的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型实施例的结构原理示意图；
[0021]图中:1、平台；2、电机底座；3、电动机；4、曲柄；5、连杆；6、滑块；7、导轨；8、被测试件；9、虎钳；10、固定夹具；11、应力应变传感器；12、红外温度传感器；13、声发射传感器；89、虎钳固定端。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023]如图1?2所示，本实施例的材料疲劳过程综合测试系统包括疲劳试验台、传感装置和控制系统(图中未示出)，所述疲劳试验台包括平台1、夹紧装置和往复运动装置，所述夹紧装置和往复运动装置安装在平台I上，被测试件8的一端固定在夹紧装置上，另一端与往复运动装置的末端执行件连接，所述传感装置包括应力应变传感器11、红外温度传感器12和声发射传感器13，应力应变传感器11和声发射传感器13设置在被测试件8的表面，红外温度传感器12设置在距被测试件8预估断裂区表面一定距离内，所述控制系统包括控制模块和信号采集及处理模块，应力应变传感器11、红外温度传感器12和声发射传感器13均与信号采集及处理模块连接。
[0024]优选地，所述往复运动装置包括电动机3、曲柄4、连杆5、滑块6和导轨7，电动机3和导轨7固定在平台I上，电动机3的动力输出轴通过曲柄4和连杆5与滑块6连接，滑块6设置在导轨7上，被测试件8的一端与滑块6连接。
[0025]可选地，所述往复运动装置包括气缸，所述气缸的活塞杆的执行端与被测试件的一端连接。
[0026]为便于模拟和研宄被测试件在不同弯折频率下的疲劳破坏过程，优选地，电动机3为调速电机，所述调速电机与控制系统的控制模块连接。显然，电动机3还可通过连接减速器来实现调速功能。
[0027]进一步地，为便于调速和控制，优选地，所述调速电机为变频调速电机，所述控制系统为计算机。
[0028]为便于测量被测试件在疲劳破坏过程中的主应变的大小和方向，优选地，应力应变传感器11为应力应变花。
[0029]为避免应力应变传感器阻挡红外温度传感器的工作，优选地，所述应力应变传感器11设置在被测试件预估断裂区表面远离红外温度传感器的一侧。
[0030]为重点监测被测试件预估断裂区的温度场变化，优选地，红外温度传感器12设置在与被测试件8预估断裂区表面垂直的一定距离内。
[0031]优选地，声发射传感器13设置在被测试件两端附件的表面。
[0032]优选地，所述往复运动装置的的末端执行件(本实施例中，末端执行件为滑块6)的运动方向与被测试件8的长度方向垂直。显然，还可根据测试需要，使末端执行件(本实施例中，末端执行件为滑块6)的运动方向与被测试件8的长度方向一致或成一定夹角。
[0033]为便于使用，优选地，所述夹紧装置为虎钳9，虎钳9通过固定夹具10固定在平台I上。
[0034]本实用新型通过将被测试件的一端固定在夹紧装置上，另一端由往复运动装置的末端执行件带动做反复弯折动作，从而实现了对被测试件疲劳破坏过程的模拟，同时，通过应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器实时测量被测试件在整个疲劳破坏过程中的应力应变、温度场和声发射特征，并通过信号采集及处理模块对测量信号进行采集和处理，从而得到不同材料的被测试件在整个疲劳破坏过程中材料本身的应力应变、温度场和声发射特征的数据信息，以建立不同材料疲劳损伤程度与这些特征信息之间的内在联系，实现不同材料结构件或零部件损伤程度的在线监测，为设备维修保养等提供依据；进一步地，通过改变往复运动装置的输入能量(如改变电动机的转速)，还可得到不同输入能量下被测试件在整个疲劳破坏过程中材料本身的应力应变、温度场和声发射的数据信息，从而归纳出不同材料、不同输入能量与材料疲劳损伤程度之间的关系，构建起完整的材料疲劳损伤与外部影响参数之间的关系模型，为以后预测大型机械或材料本身的安全性能提供理论及数据支持。
[0035]本实用新型提供了一种材料疲劳过程综合测试系统，解决了目前缺乏可通过实验研宄不同金属材料疲劳过程中的一些特征的综合测试系统的问题，具有综测项目多、操作简单、自动化程度高的优点，可广泛用于对各种材料疲劳损伤的研宄。
[0036]上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出得各种变化，也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:包括疲劳试验台、传感装置和控制系统，所述疲劳试验台包括平台、夹紧装置和往复运动装置，所述夹紧装置和往复运动装置安装在平台上，被测试件的一端固定在夹紧装置上，另一端与往复运动装置的末端执行件连接，所述传感装置包括应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器，所述应力应变传感器和声发射传感器设置在被测试件的表面，所述红外温度传感器设置在距被测试件表面一定距离内，所述控制系统包括控制模块和信号采集及处理模块，所述应力应变传感器、红外温度传感器和声发射传感器均与信号采集及处理模块连接。2.根据权利要求1所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述往复运动装置包括电动机、曲柄、连杆、滑块和导轨，所述电动机和导轨固定在平台上，电动机的动力输出轴通过曲柄和连杆与滑块连接，所述滑块设置在导轨上，被测试件的一端与滑块连接。3.根据权利要求2所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述电动机为调速电机，所述调速电机与控制系统的控制模块连接。4.根据权利要求3所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述调速电机为变频调速电机，所述控制系统为计算机。5.根据权利要求1所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述应力应变传感器为应力应变花。6.根据权利要求1所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述应力应变传感器设置在被测试件预估断裂区表面远离红外温度传感器的一侧。7.根据权利要求1所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述红外温度传感器设置在与被测试件预估断裂区表面垂直的一定距离内。8.根据权利要求1所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述往复运动装置的末端执行件的运动方向与被测试件的长度方向垂直。9.根据权利要求1所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述夹紧装置为虎钳。10.根据权利要求9所述的材料疲劳过程综合测试系统，其特征在于:所述虎钳通过固定夹具固定在平台上。
【文档编号】G01N3-38GK204302128SQ201420739616
【发明者】刘贵杰, 陈鹏飞, 宋洪辉, 王宇倩, 穆为磊, 田晓洁 [申请人]中国海洋大学