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原文传递一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法

专利名称：	一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法
摘要：	本发明属于复合材料结构疲劳测试技术领域，公开了一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置及方法，试验装置包括双悬臂梁振动测试系统、电子采集系统和测量与控制系统；本发明采用偏心电机带动待测梁振动，相较于激振器体积小、耗能少,具有方便携带的特点,本发明利用双悬臂振动梁反向共振带动待测梁振动,提高了测试效率,节省了能源,并且相较于现有的测试设备,拓宽了待测梁的振幅范围,本发明对偏心电机进行了精确控制,使用了多种精密仪器对待测材料疲劳特性从光学、声学、时域波形等多个方面进行了测量分析，具有极高的测试精度，本发明设备简单，部件多采取可拆卸式的设计，拆卸方便，便携性好，易操作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	东北大学
发明人：	李晖;戴哲鑫;黄浩诚;石有泰;王俊;王东升;闻邦椿
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910222436.8
公开号：	CN109900790A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	李运萍
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
主权项：	1.一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，包括双悬臂梁振动测试系统、电子采集系统和测量与控制系统；所述双悬臂梁振动测试系统包括，两根悬臂振动梁、偏心电机和底板，底板顶部左侧固定装配有左侧固定板，底板顶部右侧滑动装配有右侧固定板，左侧固定板和右侧固定板平行设置，两根悬臂振动梁设置在左侧固定板与右侧固定板之间，左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板固定连接，右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板固定连接，左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端均悬空设置并分别装配有偏心电机，待测梁的两端分别与左侧悬臂振动梁的右端和右侧悬臂振动梁的左端固定连接，左侧悬臂振动梁、右侧悬臂振动梁和待测梁共线设置，两个偏心电机以待测梁为中心对称设置，且两个偏心电机之间有半个周期的相位差；所述电子采集系统包括位移传感器、试验记录仪和数据采集卡，所述位移传感器有三个，分别设置于左侧悬臂振动梁右端的下方、右侧悬臂振动梁左端的下方、待测梁的上方，用于测量悬臂振动梁和待测梁的振动形变量，试验记录仪设置于待测梁的后方，用于记录试验记录，数据采集卡分别与各位移传感器以及试验记录仪电连接，用于存储位移传感器和试验记录仪所采集的数据；所述测量与控制系统包括数控面板,所述数控面板与底板固定连接,数控面板分别与数据采集卡和两个偏心电机电连接,数控面板内置有基于LabVIEW的测控软件,用于接收并记录试验记录仪的实验记录，整合数据采集卡中的数据以进行全面的分析。 2.根据权利要求1所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述电子采集系统还包括声音传感器和电子显微镜，声音传感器设置在待测梁的下方，电子显微镜设置在待测梁的上方，且声音传感器和电子显微镜均与数据采集卡电连接；位于左侧悬臂振动梁右端的下方和右侧悬臂振动梁左端的下方的位移传感器具体为电涡流位移传感器，位于待测梁上方的位移传感器具体为激光位移传感器。 3.根据权利要求2所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述底板顶部设置有第一导轨，所述第一导轨与悬臂振动梁平行设置，第一导轨上滑动装配有第一导轨滑块，右侧固定板固定装配在第一导轨滑块顶部，所述第一导轨滑块与第一导轨之间设置有机械锁死机构。 4.根据权利要求3所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述左侧悬臂振动梁的左端与左侧固定板之间、右侧悬臂振动梁的右端与右侧固定板之间均通过悬臂梁夹紧装置固定连接，所述悬臂梁夹紧装置包括下紧固支撑装置、上紧固装置和下紧固支撑垫块，所述下紧固支撑装置与左侧固定板或右侧固定板固定连接，上紧固装置通过螺栓与下紧固支撑装置连接，悬臂振动梁夹在上紧固装置与下紧固支撑装置之间，左侧悬臂振动梁与左侧固定板之间、右侧悬臂振动梁与右侧固定板之间均留有间隙，下紧固支撑垫块装配于所述间隙中，且所述下紧固支撑垫块的厚度小于悬臂振动梁的厚度。 5.根据权利要求4所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述悬臂振动梁的断裂韧性至少为 6.根据权利要求5所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述底板上还设置有第二导轨，所述第二导轨与悬臂振动梁平行设置，所述第二导轨上滑动装配有三个下导轨支架，三个下导轨支架的顶部从左至右分别设置电涡流位移传感器、声音传感器和电涡流位移传感器。 7.根据权利要求6所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述左侧固定板和右侧固定板的顶部设置有上支撑梁，上支撑梁顶部装配有第三导轨，所述第三导轨与悬臂振动梁平行设置，第三导轨上滑动装配有两个上导轨支架，两个上导轨支架的底部从左至右分别设置激光位移传感器和电子显微镜。 8.根据权利要求7所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述待测梁的两端分别与左侧悬臂振动梁、右侧悬臂振动梁可拆卸式连接,左侧悬臂振动梁的右端面和右侧悬臂振动梁的左端面均开设有连接孔,待测梁的两端分别插入两侧的连接孔中,左侧悬臂振动梁右侧顶部和右侧悬臂振动梁的左侧顶部均设置有锁紧螺钉,两个锁紧螺钉分别与左侧悬臂振动梁和右侧悬臂振动梁螺接,且两个锁紧螺钉的螺杆分别延伸至两侧的连接孔中与待测梁左右两侧顶部接触。 9.根据权利要求8所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，所述试验装置右侧设置有右拱门，右拱门与底板顶部固定连接，右拱门外侧固定装配有右防护罩，所述试验装置前侧设置有前防护罩，前防护罩与底板顶部固定连接，所述试验装置的顶部、后侧和左侧均设置有防护板；所述底板下方设置有支撑装置，所述支撑装置包括支撑腿和支撑角铁，所述支撑腿由上至下设置有多组固定孔，底板通过其中一组固定孔与支撑腿螺栓连接，支撑角铁固定装配于支撑腿的底部。 10.一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验方法，采用如权利要求9所述的一种基于反向共振的复合材料动态疲劳试验装置，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、使用左侧固定板和右侧固定板的上的悬臂梁夹紧装置分别将两根悬臂振动梁夹紧，并将两个偏心电机分别装配在两个悬臂振动梁的悬空端；步骤2、将待测复合材料制成大小合适的待测梁，并通过锁紧螺钉固定于两侧的悬臂振动梁之间，调整两侧偏心电机的位置，分别测量左侧偏心电机中心距离左侧悬臂振动梁右端的距离、右侧偏心电机中心距离右侧悬臂振动梁左端的距离、待测梁尺寸以及悬臂振动梁尺寸，给各系统通电，将上述测量的距离和尺寸输入至数控面板内置的测控软件中；步骤3、关闭右防护罩和前防护罩，启动两个偏心电机，激光位移传感器和电涡流位移传感器将两个悬臂振动梁和待测梁的振动数据传输至数控面板内置的测控软件中，形成悬臂振动梁和待测梁振动的时域波形图，通过观察两个悬臂振动梁的时域波形图，控制两个偏心电机振动频率与相位，使两悬臂振动梁分别达到共振，并且二者有半个周期的相位差，实现两个偏心电机反向共振；步骤4、数控面板内置的测控软件自动判断疲劳破坏是否发生：疲劳破坏发生时，时域波形图发生突变，系统根据变化幅度自动判断是否达到试验停止要求，当判断材料达到所需试验停止要求时，控制面板控制偏心电机停止振动，同时发出试验结束提示音，测控软件对试验数据进行处理和初步分析，评估材料疲劳特性；步骤5，使用电子显微镜观察待测梁疲劳破坏情况，拍照记录，结合位移传感器、试验记录仪和声音传感器的测试数据，综合时域波形图、声学、光学对待测复合材料疲劳损伤情况进行分析。
所属类别：	发明专利