【精品文章】高频疲劳试验机振动系统动力学特性分析

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知识的海洋高频疲劳试验机振动系统动力学特性分析

1前言 疲劳失效是构件在名义应力低于强度极限，甚至低于屈服极限的情况下，突然发生断裂的行为。飞机、车辆和机器发生的事故中，有很大比例是零部件疲劳失效造成的。这类事故常常带来很大的损失和伤亡，因此，材料和构件的疲劳特性引起了人们的重视。高频疲劳试验机主要用于测量金属材料及构件在拉、压或拉压交变负荷下的疲劳性能。由于采用共振原理，它具有试验频率高、激振功率低的特点，被各大高校、科研院所、工厂企业所广泛应用。本文结合广州澳金工业GPS系列电磁谐振式高频疲劳试验机的基本结构，建立机械振动系统的动力学模型。通过对不同子系统固有频率的计算分析，将三自由度振动系统简化为单自由度振动系统，建立了相应的数学模型，并将系统的阻尼考虑进来，使该模型更准确、合理地反映试验机的实际振动状态。利用Inventor软件建立了高频疲劳试验机的实体模型，将其导入ansysworkbench的模态分析模块，得到该系统各阶振型图，即设备在不同试验频率下的振动状态。 2高频疲劳试验机振动系统动力学模型 2.1GPS系列高频疲劳试验机总体结构 高频疲劳试验机主机部分主要由静态加载系统和动态加载系统组成（图1所示）。其中静态加载系统主要包括横梁、立柱、底座、弓形环，该系统通过私服电机驱动一对涡轮丝杠副带动横梁上下运动，从而对试样施加静态力和调整试验空间。动态加载系统主要由激励电磁铁、衔铁、弓形环、玛法组成，相当于一个质量-弹簧振动系统。 2.2高频疲劳试验机各子系统模态分析 几点假设：由于弓形环在振动过程中产生较大的变形，其质量相对于本系统来说可以忽略不计，故可简化为一弹性元件。质量很大，故可将其视为一无弹性的质量。相对系统的谐振质量和机架质量，试样的质量很小，而其刚度相比弓形环，不可忽略，故将试样简化为一刚度较大的弹性元件。根据上述几点假设，可将该振动系统分解为三个质量-弹簧系统，即电池激励器子系统、机架子系统以及玛法加载子系统组成（如图2所