[发明专利]一种振动疲劳试验中损伤演化全过程的定量测试方法

说明书

本发明是一种振动疲劳试验中损伤演化全过程的定量测试方法，该方法采用激光位移传感器同步记录试样的位移正弦信号，采用加速度传感器同步记录振动试验设备台体的激振加速度信号；通过相位差判别的方法来精确捕捉试样在振动疲劳过程中的固有频率，并且能实时跟踪并记录固有频率的变化过程，以实现对试样在振动疲劳试验中损伤演化全过程的定量测试。本发明提出的测试方法能够在线测得试样在振动疲劳试验全寿命周期内的损伤起始和损失演化全过程，且对测试设备要求低，数据的准确性高，数据结果的参考意义大。对于研究材料和结构的疲劳损伤特征和疲劳寿命规律具有重要的应用价值。

技术领域

本发明是一种振动疲劳试验中损伤演化全过程的定量测试方法，属于力学性能测试技术领域。

背景技术

疲劳失效是工程材料中常见的破坏形式。针对工程材料开展疲劳性能测试，对于工程结构件的设计和寿命预测具有非常重要的意义。振动是工程结构中常见的运动形式，也是引起工程结构和材料疲劳失效的重要原因，因此振动疲劳测试是获取材料和结构件在振动条件下的疲劳性能的重要测试手段。

在疲劳加载过程中，对试样的疲劳危险区进行原位观测，以得到疲劳损伤起始和损伤演化全过程，对于研究材料和结构的疲劳性能具有十分重要的意义。试样在振动疲劳测试过程中，振动频率通常比较高(几百到几千Hz)，在如此高的振动疲劳频率条件下，采用在线原位图像观测的方法很难实现对试样疲劳损伤起始和损伤演化图像的实时采集，此外，由于振动疲劳测试所要求的疲劳循环周次较高，通常达到了10⁷到10⁹循环数，单根试样的测试周期甚至可能长达数十天，即使可以采集到损伤演化全过程中的疲劳危险区图像，其图像规模也将相当庞大，对于图像储存和处理提出非常高的挑战。因此，亟需寻找合适的替代方法来实现对振动疲劳试验过程中试样损伤起始和演化全过程的定量测试。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种振动疲劳试验中损伤演化全过程的定量测试方法，其目的是简便、快速、准确地获取材料振动疲劳损伤演化全过程。

本发明的技术解决方案如下：

该种振动疲劳试验中损伤演化全过程的定量测试方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

步骤一、按照航空标准《发动机叶片及材料振动疲劳试验方法》(HB5277-1984)准备试样；

步骤二、将试样安装在振动试验设备上，对试样进行加载，加载波形为正弦波，调节振动试验设备台体的激振频率至试样的固有频率f₀，使试样发生共振，然后，调节振动试验设备台体的激振加速度，使试样振幅达到规定值后，保持试验加载状态并开始循环计数；

所述规定值是试验要求的应力水平所对应的振幅；

采用激光位移传感器同步记录试样的位移正弦信号，采用加速度传感器同步记录振动试验设备台体的激振加速度信号；

所述位移正弦信号用以下公式描述：

式中：

x—激光位移传感器同步记录的试样的位移值，单位mm；

x₀—试样振幅的规定值，单位mm；

t—时间，单位s；

f₁—激光位移传感器记录的试样在共振状态下的位移正弦信号的频率，单位Hz；

—位移正弦信号和激振加速度信号的相位差；

所述激振加速度信号用以下公式描述：

a＝a₀sin(2πf₂t)…………………………………………………[2]