[发明专利]一种金属轴向共振状态下的振动疲劳性能测试方法

说明书

本发明提供的金属轴向共振状态下的振动疲劳性能测试方法，包括步骤：选取试验件，贴应变片，测定试验件在共振状态下的响应加速度‑应变/应力关系；结合规划的应力水平，计算出试验件正式试验时的响应加速度；对试验件进行模态测试获取轴向振动的固有频率点和响应幅值比；根据固有频率点，设置激励频率，根据试验所测得的响应幅值比，计算出激振加速度；试验时微调实时的激振加速度值，使目标响应加速度变化在±2％；设置谐振搜索与共振驻留程序，使试验件在试验过程中保持共振状态，当试验件的响应加速度突降或者试验件断裂，试验停止；获取试验停止时的振动系统循环次数。本发明采用振动方式对金属材料进行轴向疲劳试验，能大大缩短试验周期。

技术领域

本发明属于共振疲劳技术领域，具体涉及一种金属轴向共振状态下的振动疲劳性能测试方法。

背景技术

在地面操作以及空中飞行中，飞机上的某些部位始终处于气动载荷与噪声环境中，由于噪声与气动载荷的激励，在这些部位产生随机振动应力。有些结构如舵面、平尾、垂尾、腹鳍以及外挂架等，由于扰流作用也会产生振动应力。由于受这种振动应力的作用而产生的疲劳现象为振动疲劳。

解决结构动态疲劳涉及的问题很多，动态疲劳分析是其中的重要问题之一。为了对结构进行动态疲劳分析，需要动态疲劳SN曲线。一般来说，动态疲劳SN曲线必须通过动态疲劳试验来测定。动态疲劳试验可在振动台上进行。

当结构处于共振状态下时的响应程度比未处在共振状态下要剧烈得多，且结构的疲劳破坏往往是在共振状态下产生的。

目前广泛使用的液压伺服疲劳试验机的工作频率在几十到一百赫兹左右。多数零件在工作中会承受较高频率的载荷，而普通疲劳试验机往往达不到这样的高频输出，因此试验结果同实际工作寿命可能存在有一定的差异性，因此需要改变原有的疲劳性能测试方法，提升载荷频率，以便能使材料所测得的疲劳性能能直接使用到实际的工况当中。

此外，假设试验频率为50Hz，要想完成10⁷次循环，总试验时间大概需要两天半；如果进行超高周疲劳试验，则需要更长的时间，由此来看，普通疲劳试验需要的时间成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种金属轴向共振状态下的振动疲劳性能测试方法，使得试样件在轴向方向处于共振状态成为了可能，进而实现了在轴向测量其疲劳性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种金属轴向共振状态下的振动疲劳性能测试方法，包括以下步骤：

(1)选取试验件，贴应变片，测定试验件在共振状态下的响应加速度-应变/应力关系；

(2)根据响应加速度-应变/应力关系，结合规划的应力水平，计算出试验件正式试验时的响应加速度；

(3)对试验件进行模态测试获取试样轴向振动的固有频率点以及响应幅值比；

(4)根据试验件所测得的固有频率点，设置激励频率，根据试验件所测得的响应幅值比，计算出激振加速度；

(5)试验时结合试验件实时的激振加速度值进行微调，以使试验件在试验过程中的目标响应加速度变化在±2％以内；

(6)设置谐振搜索与共振驻留程序，使试验件在试验过程中保持共振状态，当试验件的响应加速度突降或者试验件断裂，试验停止；获取试验停止时的振动系统循环次数。

本发明进一步设置为，在步骤(1)中，选取试验件的方法为：获取试验件的屈曲值以及模态参数，以确定试验件是否可用于轴向共振状态振动疲劳性能测试试验。

本发明进一步设置为，在步骤(3)中，获取试样轴向振动的固有频率点以及响应幅值比的方法包括：

第一步，对所述试验件进行共振探查，获得所述试验件的共振频率点，以及该点的响应加速度值；