一种频率可变的轴向共振疲劳试验装置的制作方法

本实用新型属于领域共振疲劳试验装置，具体为一种频率可变的轴向共振疲劳试验装置。

背景技术：

共振疲劳是结构所受动态交变载荷(如振动、冲击、噪声载荷等)的频率分布与结构固有频率分布具有交集或相接近,从而使结构产生共振所导致的疲劳破坏现象。为了对结构进行动态疲劳分析，可通过振动台测试相应材料的振动疲劳sn曲线。

由于一般结构材料制成的轴向振动疲劳试验件的一阶轴向固有频率往往在3000hz以上，这使得常见电磁振动台(2～2500hz)无法提供相应的激振频率使试样件处于共振状态，因此得不到材料的振动疲劳sn曲线。

技术实现要素：

为了解决上述试验件的固有频率超过现有振动台的激振频率的上限频率而导致无法获得相关试验件的振动疲劳sn曲线的缺陷，本实用新型提供了一种频率可变的轴向共振疲劳试验装置。

本实用新型通过有限元分析软件对试验件进行模拟分析，获得试验件的一阶轴向固有频率，再结合试验中振动环境(振动台)的激振频率范围设计出质量不同的四种配重质量块：能降低所述试验件一阶轴向固有频率数千赫兹的主体配重质量块，能降低所述试验件一阶轴向固有频率数百赫兹的辅助配重质量块，能降低所述试验件一阶轴向固有频率数十赫兹的小型配重质量块，能降低所述试验件一阶轴向固有频率0.1～10赫兹的微型配重质量块。

具体的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种频率可变的轴向共振疲劳试验装置，包括固定在振动台上、用于安装试验件的基座，所述轴向共振疲劳试验装置还配置有主体配重质量块，用于安装在试验件的顶端，以降低试验件的一阶轴向固有频率，其中：

所述试验件的顶端设有外螺纹，所述主体配重质量块为圆柱体形，其底部中央设有第一螺孔，该螺孔与所述试验件顶端的外螺纹相匹配，从而将两者螺纹连接。

进一步的，所述试验件与所述基座和所述主体配重质量块的连接处加设有防松螺母。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置进一步配置有辅助配重质量块，安装于所述主体配重质量块的上方，其质量小于所述主体配重质量块，其中：

所述辅助配重质量块为与主体配重质量块相匹配的圆柱体形，其中央设有第一通孔，并在第一通孔的外围设置两对第二通孔，所述主体配重质量块的上方中央对应辅助配重质量块的第一通孔的位置设有螺柱，对应第二通孔的位置则设有第二螺孔，通过使用防松螺栓穿过辅助配重质量块的第二通孔后拧入主体配重质量块的对应第二螺孔中而将两者通过连接固定。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置进一步配置有小型配重质量块，安装于所述主体配重质量块上方的辅助配重质量块中央的第一通孔处，其质量小于所述辅助配重质量块，其中：

所述小型配重质量块为螺母的构型，其外径小于所述辅助配重质量块的第一通孔的内径，且中心的第三螺孔与所述主体配重质量块上方中央的螺柱相匹配，通过将小型配重质量块拧在主体配重质量块的螺柱上而固定在主体配重质量块上方的辅助配重质量块的第一通孔处。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置进一步配置有微型配重质量块，安装于所述主体配重质量块的下方，其质量小于所述小型配重质量块，其中：

所述微型配重质量块为螺栓的构型，包括一个具有外螺纹的头部以及一个与之相连的尾部，所述微型配重质量块的数量为至少两个；所述主体配重质量块的底部近外缘处设有相应数量的第四螺孔，通过将微型配重质量块的头部拧入主体配重质量块底部的第四螺孔中而固定于主体配重质量块的下方。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置设有至少两个传感器，用于获得振动过程中所述试验件的响应加速度，所述传感器安装于所述主体配重质量块的底部或辅助配重质量块的顶部。

所述传感器自带有螺栓，所述主体配重质量块的底部或辅助配重质量块的顶部设有对应的第五螺孔，通过将传感器的螺栓拧入主体配重质量块底部或辅助配重质量块顶部对应的第五螺孔内而将传感器安装固定。

根据本实用新型的优选实施例，所述传感器为加速度传感器或位移传感器。

本实用新型的有益效果是：

1、通过有限元分析软件对试验件进行模拟分析，计算并设计出能够将轴向共振疲劳试验件的一阶轴向固有频率降低数千赫兹、数百赫兹、数十赫兹、零点几到几赫兹的四种质量不同的配重质量块，通过在试验件上加装配重质量块的方法，将所述试验件的一阶轴向固有频率降低到一般振动台的能够提供的激振频率范围内——所述主体配重质量块大幅度降低所述试验件的一阶轴向固有频率，使得在一般的振动台激振频率范围内能使所述试验件处于共振状态，再通过所述辅助配重质量块、小型配重质量块和微型配重质量块的调节来获得所述试验件的振动疲劳sn曲线，即使用一般的振动台就能够获得轴向共振试验件的振动疲劳sn曲线。

2、根据需要可以灵活调整所述配重质量块的安装，即可以选择安装获取目标振动频率范围内的振动疲劳sn曲线所需要的所述配重质量块的类型和需要安装的数量。

3、通过对所述微型配重质量块的数量和安装位置的调整，还可以在一定程度上对所述共振疲劳试验装置以及试验件的同轴度进行调整。

附图说明

图1为本实用新型的轴向共振疲劳试验装置的轴侧示意图。

图2为本实用新型的轴向共振疲劳试验装置的正视示意图。

图3为本实用新型的轴向共振疲劳试验装置的右视示意图。

图4为图1中的主体配重质量块的示意图。

图5为图1中的辅助配重质量块的示意图。

图6为图1中的小型配重质量块的示意图。

图7为图2中的微型配重质量块的示意图。

图8为实施例中的试验件的示意图。

图号说明：

1.基座，2.主体配重质量块，20.螺柱，21.第二螺孔，

3.辅助配重质量块，30.第一通孔，31.第二通孔，

4.小型配重质量块，40.第三螺孔，5.微型配重质量块，50.头部，51.尾部，

6.传感器，7.试验件，80.防松螺母，81.防松螺栓，9.振动台。

具体实施方式

本实用新型通过有限元分析软件对试验件进行模拟分析，获得试验件的一阶轴向固有频率，再结合试验中振动环境(振动台)的激振频率范围设计出如图4-图7所示的质量不同的四种配重质量块：能降低所述试验件一阶轴向固有频率数千赫兹的主体配重质量块2，能降低所述试验件一阶轴向固有频率数百赫兹的辅助配重质量块3，能降低所述试验件一阶轴向固有频率数十赫兹的小型配重质量块4，能降低所述试验件一阶轴向固有频率0.1～10赫兹的微型配重质量块5。

如图1-图3所示，一种频率可变的轴向共振疲劳试验装置，包括固定在振动台上、用于安装试验件的基座1，所述轴向共振疲劳试验装置还配置有主体配重质量块2，用于安装在试验件7的顶端，以降低试验件7的一阶轴向固有频率，其中：

所述试验件7的顶端设有外螺纹(图中未示出)，所述主体配重质量块2为圆柱体形，其底部中央设有第一螺孔(图中未示出)，该螺孔与所述试验件7顶端的外螺纹相匹配，通过将试验件7的顶端拧入主体配重质量块2底部中央的螺孔而将两者螺纹连接。

进一步的，所述试验件7与所述基座1和所述主体质量块2的连接处加设有防松螺母80，以防止连接处发生松动。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置进一步配置有辅助配重质量块3，安装于所述主体配重质量块2的上方，其质量小于所述主体配重质量块2，其中：

如图5所示，所述辅助配重质量块3为与主体配重质量块2相匹配的圆柱体形，其中央设有第一通孔30，并在第一通孔的外围设置两对第二通孔31，如图4所示，所述主体配重质量块2的上方中央对应辅助配重质量块3的第一通孔30的位置设有螺柱20，对应第二通孔31的位置则设有第二螺孔21，通过使用防松螺栓81穿过辅助配重质量块3的第二通孔31后拧入主体配重质量块2的对应的第二螺孔21中而将两者连接固定。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置进一步配置有小型配重质量块4，安装于所述主体配重质量块2上方的辅助配重质量块3中央的第一通孔30处，其质量小于所述辅助配重质量块2，其中：

如图6所示，所述小型配重质量块4为螺母的构型，其外径小于所述辅助配重质量块3的第一通孔30的内径，且中心的第三螺孔40与所述主体配重质量块2上方中央的螺柱20相匹配，通过将小型配重质量块4拧在主体配重质量块1的螺柱20上而固定在主体配重质量块2上方的辅助配重质量块3的第一通孔30处。

进一步的，所述轴向共振疲劳试验装置进一步配置有微型配重质量块5，安装于所述主体配重质量块2的下方，其质量小于所述小型配重质量块4，其中：

如图7所示，所述微型配重质量块5为螺栓的构型，包括一个具有外螺纹(图中未示出)的头部50以及一个与之相连的尾部51，所述微型配重质量块5的数量为至少两个；所述主体配重质量块2的底部近外缘处设有相应数量的第四螺孔(图中未示出)，通过将微型配重质量块5的头部拧入主体配重质量块2底部的第四螺孔中而固定于主体配重质量块2的下方。

回到图1和图2，所述轴向共振疲劳试验装置设有至少两个传感器6，用于获得振动过程中所述试验件7的响应加速度，所述传感器6安装于所述主体配重质量块2的底部或辅助配重质量块3的顶部。

所述传感器6自带有螺栓，所述主体配重质量块2的底部或辅助配重质量块3的顶部设有对应的第五螺孔(图中未示出)，通过将传感器6的螺栓拧入主体配重质量块2底部或辅助配重质量块3顶部对应的第五螺孔内而将传感器6安装固定。

根据本实用新型的优选实施例，所述传感器6为加速度传感器或位移传感器。

进行轴向共振疲劳试验前，安装本实用新型的轴向共振疲劳试验装置：

第一步、在所述试验件7的两端拧上所述防松螺母80，应注意将该螺母80拧到靠近试验件7中段的位置，便于后续安装；

第二步、将所述试验件7竖直安装于所述基座1上，在所述试验件7的顶部安装所述主体配重质量块2，随后将所述防松螺母80拧至所述试验件7与所述基座1以及所述主体配重质量块2连接处并且确保拧紧，否则在振动试验过程中无法起到防止连接处松动的作用；

第三步、将所述辅助配重质量块3和所述小型配重质量块4安装于所述主体配重质量块2上方，使用防松螺栓81将所述辅助配重质量块3紧固于所述主体配重质量块2上，所述小型配重质量块4直接拧到所述螺柱20上，其中，安装所述辅助配重质量块3时应注意所使用的防松螺栓81必须均匀对称设置，避免引起轴心偏离；

第四步、将所述微型配重质量块5对称设置于所述主体配重质量块2的底面；

第五步、将所述传感器6对称设置于所述主体配重质量块2的底面或所述辅助配重质量块3的顶面，这一步取决于预先设置的所述第五螺孔设置的位置；

本实用新型的轴向共振疲劳试验装置安装完成。

上述为本实用新型的轴向共振疲劳试验装置安装过程的简述，在实验过程中，涉及对不同的配重质量块的调整，比如对所述微型配重质量块5的数量增减，根据试验需求进行调整来实现对所述试验件7的一阶轴向固有频率的调制，具体过程不再详述。

通过加设配重质量块的方式降低所述试验件7的一阶轴向固有频率，使得轴向共振疲劳试验在一般的振动台上就能进行，并且通过对不同类型的配重质量块的数量的调整，可以便捷的对所述试验件7的一阶轴向固有频率的调制，即可获得所述试验件7的振动疲劳sn曲线。

应当理解，所述传感器6是加速度传感器，或者是其他可以间接获得加速度参数的传感器，都属于本实用新型的范围。比如位移传感器，可以通过对所述位移传感器所测得的数据进行常规处理即可获得相应的加速度参数；同时所述传感器按工作原理的分类也不应视为对本实用新型的范围的限制，例如根据感应参量(电容、电压和电阻等)进行的分类。