拉伸疲劳试验机及测量热耗散的疲劳试验系统的研究与开发

工程结构在服役过程中,由于承受变动载荷而导致裂纹萌生和扩展以至断裂失效的全过程谓之疲劳。研究材料的疲劳性能有助于预测其疲劳寿命,疲劳试验则是获得大量材料疲劳性能数据的有效手段。所以,疲劳试验机是材料疲劳性能研究中必不可少的设备,并广泛应用于质量检测、计量测试及实验研究,成为了工农业生产、生活及国防建设不可或缺的重要基础性试验测试设备。 本文的研究工作主要包括：研发一种新型的专用于拉力疲劳试验的控制系统和机械系统；基于该疲劳机设计了一种汽车保险杠疲劳试验台；基于该疲劳机设计了一种专用测能的疲劳试验台；基于能量法提出了一种测量储能的实验方法,并提出一种疲劳寿命和剩余疲劳寿命的预测模型。 首先,根据机械系统的创新设计方法原理,构建了疲劳试验机的功能结构图,在此基础上进行了功能求解、原理综合和选择,最终形成一种新式疲劳试验机的设计方案。 其次,对该疲劳试验机的控制系统方案和机械系统方案进行了开发研究,并对疲劳试验机的控制系统进行了硬件机构和软件结构的设计。对于疲劳试验机的机械系统,进行了机械的结构设计、螺旋传动的校核、应用COSMOS进行试验机的模态分析和静力分析、应用ANSYS对试验机进行恒幅加载和随机加载的疲劳分析模拟。本文还通过一个应用实例——一种汽车保险杠的疲劳试验台验证该疲劳试验机的有效性。 最后,基于疲劳理论的能量法提出了一种测量储能的实验方法,在此基础上设计了一个专用的测能装置,并与该新式疲劳试验机组成了一种测能疲劳试验台。本文最后还对材料的储能、疲劳强度和拉力强度的关系、疲劳寿命以及剩余疲劳寿命进行了数学研究,并基于实验对材料的温度与剩余寿命的数学关系模型