高頻疲勞試驗機振動系統(tǒng)動力學(xué)特性分析

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1、高頻疲勞試驗機振動系統(tǒng)動力學(xué)特性分析VoI_5ONO.2工程與試驗ENGINEERING&TEST高頻疲勞試驗機振動系統(tǒng)動力學(xué)特性分析孫磊,姬戰(zhàn)國,尹廷林,李澤宇,馬偉(長春機械科學(xué)研究院有限公司,吉林長春130012)摘要:根據(jù)振動學(xué)共振理論,建立了高頻疲勞試驗機振動系統(tǒng)的動力學(xué)模型.通過對數(shù)學(xué)模型的求解,得出試驗機的固有頻率.在此基礎(chǔ)上,通過ansys軟件對試驗機進行了模態(tài)分析,得到了各階工作頻率下的振型圖.以上理論為工程人員提供了設(shè)計依據(jù),可依此對試驗機進行優(yōu)化設(shè)計,從而得到更合理的結(jié)構(gòu)尺寸,并為產(chǎn)品的系列化提供有效的參考.關(guān)鍵詞:疲勞;共振;模態(tài)分析中圖分類號:T

2、H871.3文獻標(biāo)識碼:Bdoi:10.3969/j.issn.1674—3407.2010.02.005DynamicAnalysisofElectromagneticResonanceFatigueTestingMachinesSunLei,JiZhanguo,YinTinglin,LiZeyu,MaWei(ChangchunResearchInstituteforMechanicalScienceCo.,Ltd.Changchun130012,Jilin,China)Abstract:Basedonthetheoryofvibration,thedynamicmodelof

3、electromagneticresonancefa—tiguetestingmachineisestablished.Bymeansofsolvingthemathematicalmodel,thenaturefre—quencyofthetestingmachineisfound,andthen,thediagramofvibrationshapeisshowninan—sys.Accordingtothetheory,engineercanoptimizethetesteranddesignallkindsofelectromag—neticresonancefatigue

4、testingmachines.Keywords:fatigue;resonance;modelanalysis1引言疲勞失效是構(gòu)件在名義應(yīng)力低于強度極限,甚至低于屈服極限的情況下,突然發(fā)生斷裂的行為.飛機,車輛和機器發(fā)生的事故中,有很大比例是零部件疲勞失效造成的n].這類事故常常帶來很大的損失和傷亡,因此,材料和構(gòu)件的疲勞特性引起了人們的重視.高頻疲勞試驗機主要用于測量金屬材料及構(gòu)件在拉,壓或拉壓交變負(fù)荷下的疲勞性能l2].由于采用共振原理,它具有試驗頻率高,激振功率低的特點,被各大高校,科研院所,工廠企業(yè)所廣泛應(yīng)用.本文結(jié)合長春機械科學(xué)研究院有限公司GPS系列電磁諧振式高頻疲

5、勞試驗機的基本結(jié)構(gòu),建立機械振動系統(tǒng)的動力學(xué)模型.通過對不同子系統(tǒng)固有頻率的計算分析,將三自由度振動系統(tǒng)簡化為單自由度振動系統(tǒng),建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并將系統(tǒng)的阻尼考慮進來,使該模型更準(zhǔn)確,合理地反映試驗機的實際振動狀態(tài).利用Inventor軟件建立了高頻疲勞試驗機的實體模型,將其導(dǎo)人ansysworkbench的模態(tài)分析模塊,得到該系統(tǒng)各階振型圖,即設(shè)備在不同試驗頻率下的振動狀態(tài).2高頻疲勞試驗機振動系統(tǒng)動力學(xué)模型2.1GPS系列高頻疲勞試驗機總體結(jié)構(gòu)高頻疲勞試驗機主機部分主要由靜態(tài)加載系統(tǒng)和動態(tài)加載系統(tǒng)組成(如圖1所示).其中靜態(tài)加載系統(tǒng)主要包括橫梁,立柱,底座,弓形環(huán),該系

6、統(tǒng)通過伺服電機驅(qū)動一對渦輪絲杠副帶動橫梁上下運動,從而對試樣施加靜態(tài)力和調(diào)整試驗空間.動態(tài)加載系統(tǒng)主要由激勵電磁鐵,銜鐵,弓形環(huán),砝碼組成,相[收稿日期]2010—05—28[作者簡介]孫磊(1982一),男,吉林長春人,碩士,主要研究方向:汽車零部件檢測設(shè)備開發(fā).?13?工程與試驗當(dāng)于一個質(zhì)量一彈簧振動系統(tǒng).8電磁鐵7銜鐵6弓形環(huán)5砝碼圖1高頻試驗機結(jié)構(gòu)示意圖2.2高頻疲勞試驗機各子系統(tǒng)模態(tài)分析幾點假設(shè):由于弓形環(huán)在振動過程中產(chǎn)生較大的變形,其質(zhì)量相對于本系統(tǒng)來說可以忽略不計,故可簡化為一彈性元件.由于砝碼,電磁鐵對弓形環(huán)來說,彈性相對很小,質(zhì)量很大,故可將其視為一無彈性的集中

7、質(zhì)量.機架相對于底座彈簧也可視為一無彈性的質(zhì)量.相對系統(tǒng)的諧振質(zhì)量和機架質(zhì)量,試樣的質(zhì)量很小,而其剛度相比弓形環(huán),不可忽略,故將試樣簡化為一剛度較大的彈性元件.根據(jù)上述幾點假設(shè),可將該振動系統(tǒng)分解為三個質(zhì)量一彈簧系統(tǒng),即電磁激勵器子系統(tǒng),機架子系統(tǒng)以及砝碼加載子系統(tǒng)組成(如圖2所示).+圖2高頻試驗機振動子系統(tǒng)組成示意圖2.3振動系統(tǒng)動力學(xué)分析高頻疲勞試驗機工作頻率在100Hz一250Hz左右,由振動學(xué)理論可知㈨,電磁激勵器子系統(tǒng)和機架?14?子系統(tǒng)的固有頻率要遠低于系統(tǒng)的工作頻