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《吉林大学》 2013年
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压电驱动式高频疲劳试验机的设计与分析

雷青  
【摘要】:交变载荷作用下零部件的主要失效形式为疲劳破坏。目前,国内外预防疲劳破坏的主要有效手段是进行材料或者零部件的疲劳试验,测试其疲劳寿命。目前国内外现有的两大类疲劳试验机即电磁驱动型和电液伺服型,由于受系统阻抗与磁阻的限制,一般工作频率不大于200Hz,同时普遍存在振幅控制性差、共振稳定性不好、加载精度不高等问题,目前均不适用于对微小与硬脆材料零件、高频受力构件的疲劳检测。 本文结合国家自然科学基金面上项目《压电驱动式高频疲劳试验机构设计理论与性能试验研究》,采用圆柱形双晶片压电振子作为驱动元件,研制了适用于工作在高频、小振幅受力工况下的微小与硬脆零部件的疲劳试验机,并进行了相关的设计理论、动力学分析建模、分析、仿真、和样机实测的研究,内容如下: 建立了圆周固支条件下圆形双晶片压电振子的振动模型,求解了其一阶振动模态和相应的固有频率;求解了压电振子中心处的挠度公式;应用有限元软件对压电振子进行了模态分析;实测了压电振子的固有频率和压电振子中心的挠度;对理论和试验结果进行了比较验证了理论建模与仿真的合理性与求解的正确性。 讨论了压电驱动式高频疲劳试验机的总体方案,包括激振方法设计、预置载荷调整机构设计、加载方式和试件的设计、驱动载荷的初步计算和测试系统的设计要求;对预置载荷调整机构、弹性加载器和底座这些主要部件进行了具体的设计。 通过简化,建立了压电驱动式高频疲劳试验机动力学模型,并根据牛顿第二定律,建立了其机械系统的运动微分方程组,求解了稳态响应和试件受到的最大载荷;计算了压电振子的刚度、矩形板弹簧的刚度、砝码质量块的质量和试件的刚度;分析了压电驱动式疲劳试验机的谐振频率及试件受到的最大载荷与压电振子的刚度、矩形板弹簧的刚度、砝码质量块的质量和试件的刚度之间的关系。 按照表5.1的结构参数建立了疲劳试验机的实体模型和有限元模型,求解了各阶模态振型和相应的固有频率,确定了第14阶振动模态为疲劳试验机工作时的主振型,其工作频率为230.4Hz;通过改变疲劳试验机的板弹簧的厚度和砝码质量块的厚度,研究了这些参数的变化对其主振型固有频率的影响,结果表明:板弹簧厚度和砝码质量块的质量增加,都会引起主振型固有频率显著地变大;验证了当其以主振型频率工作时,试件受到的载荷稳定,同时机架振幅不大;通过改变疲劳试验机的板弹簧的厚度和砝码质量块的厚度,分别测试样机在4个不同驱动电压下作用在试件上的最大动载荷,分析了样机各个变化参数变化对作用在试件上的最大动载荷的影响、变化规律和原因。由实测结果可知,施加在试件上的最大动载荷,随着弹性加载器的质量增加而变大;随着驱动电压的增大而变大。可以通过调节上述两个参数,可使试验机对试件施加不同的载荷。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TH87

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘宝棠,江俊勤,何宝鹏;压电陶瓷及其应用[J];大学物理;1995年08期
2 肖定全;关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题[J];电子元件与材料;2004年11期
3 程光明,李鹏,杨志刚,鄂世举,刘建芳;压电驱动式双喷嘴挡板电液伺服阀[J];光学精密工程;2005年03期
4 张涛,孙立宁,蔡鹤皋;压电陶瓷基本特性研究[J];光学精密工程;1998年05期
5 接勐;刘焱;谢海峰;杨志刚;杨鲁义;;压电驱动共振式高频疲劳试验机构的设计与实验[J];光学精密工程;2012年09期
6 耿荣生,景鹏,雷洪,李伟,邵进;飞机主梁疲劳裂纹萌生声发射信号的识别方法[J];航空学报;1996年03期
7 吴博达;张志宇;孙晓峰;杨旭;程光明;杨志刚;;流量最佳频率为50 Hz的压电泵特性[J];吉林大学学报(工学版);2008年S1期
8 徐俊,姚伯威,胡泓;蛇型步进式直线驱动器的研究[J];机械;2000年01期
9 曹嘉新,徐熊;金属高温轴向加载低周疲劳试验探讨[J];上海金属;2002年03期
10 ;压电陶瓷的原理与简介[J];世界产品与技术;2000年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王龙;共振型压电泵的设计理论与试验研究[D];吉林大学;2011年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗云蓉;王清远;;建筑用抗震钢高应变低周及超低周疲劳性能研究进展[J];四川建筑科学研究;2011年03期
2 石加联,孟桂云;直径950 mm轧机推拉床推杆断裂失效分析[J];鞍山钢铁学院学报;2002年02期
3 田绍先,李小红,石加联;机械故障的形成及其特性分析[J];鞍山钢铁学院学报;2002年05期
4 潘祖聪;黄康;;基于配合加工的凸、凹模刃口尺寸的计算方法研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2011年04期
5 孙清池,左孝杰,徐庭献,王裕斌;压电位移材料电场E_3和应变S_1的关系[J];兵器材料科学与工程;2001年03期
6 黄福祥;卧式刮刀离心机主轴疲劳断裂失效分析[J];兵器材料科学与工程;1997年03期
7 卢启柱,张克勤,郑绳楦;高分辨率光纤位移传感器[J];半导体光电;1997年05期
8 李丽伟;朱荣;周兆英;任建兴;;微驱动器的压电-弹性耦合分析(英文)[J];微纳电子技术;2008年09期
9 卢西伟;刘志刚;沈茂盛;;基于应力损伤的电力机车传动系统损伤度模型[J];北京交通大学学报;2009年06期
10 杨广雪;李强;谢基龙;李秋泽;;微动对车轴钢疲劳性能的影响[J];北京交通大学学报;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 竺福庆;胡志刚;赵鹏程;彭鸿;门永新;赵福全;;基于有限元的稳定杆连杆疲劳性能研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 王军威;李国禄;王海斗;徐滨士;;滚动接触疲劳试验机的研究现状[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
3 田远;王飞;黄凡;李强;;TCS不锈钢典型焊接接头的疲劳性能研究[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(一)[C];2007年
4 王德石;杜贻群;任斌;;低频钹式换能器的性能分析与设计[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
5 吴海利;朱月梅;贾国庆;;X12CrMoWVNbN10-1-1转子钢室温低周疲劳试验特性分析[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
6 韩天龙;阮中健;陈赤囡;亓宝生;;烟气轮机叶片断裂原因分析[A];2007年全国失效分析学术会议论文集[C];2007年
7 曾劲松;姚志远;赵淳生;;超声波电动机定子振动的非线性分析[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年
8 鹿存跃;周铁英;陈宇;傅德永;;压电陶瓷剪切模式用于超声电机的研究[A];第十一届中国小电机技术研讨会论文集[C];2006年
9 郭俊杰;黄卫清;;一种新型的超声波/声波钻探器[A];第十二届中国小电机技术研讨会论文集[C];2007年
10 郑燕萍;倪晓宇;方明霞;何海波;;基于随机载荷的汽车驱动桥壳概率疲劳计算[A];江苏省汽车工程学会第九届学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 杨广雪;高速列车车轴旋转弯曲作用下微动疲劳损伤研究[D];北京交通大学;2011年
3 凌丹;威布尔分布模型及其在机械可靠性中的应用研究[D];电子科技大学;2011年
4 王卓;A(Fe_(0.5)B_(0.5))O_3(A=Ba,Sr;B=Nb,Ta)陶瓷的巨介电效应及其调控[D];浙江大学;2010年
5 霍娜;轻型客车悬架系统建模及可靠性试验方法优化[D];吉林大学;2011年
6 林哲祺;压电结构的控制参数与构型优化设计[D];大连理工大学;2011年
7 张建波;Al-4.8Cu-0.5Mg-0.3Ag-0.15Zr合金组织性能及沉淀析出行为研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
8 段红燕;不同载荷下缺口参数对轴类零件低周疲劳寿命的影响[D];兰州理工大学;2009年
9 许龙;模式转换型功率超声振动系统的设计及优化[D];陕西师范大学;2011年
10 衣振华;疲劳裂纹扩展研究及在装载机横梁寿命估算中的应用[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘义付;二维超声无磨料抛光声学系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 张斌;压电双晶片型微位移放大机构研究[D];河南理工大学;2010年
3 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
4 夏云清;装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析[D];浙江理工大学;2010年
5 党永;非谐振压电叠堆发电特性研究[D];大连理工大学;2010年
6 鲁统雷;NBT陶瓷粉体的水热合成及其形貌影响因素的研究[D];中国海洋大学;2010年
7 何涛焘;纵波压电传感器瞬态特性的模拟与实验研究[D];湘潭大学;2010年
8 李洪春;顶张力立管顺流向动力响应及疲劳研究[D];中国海洋大学;2010年
9 卢雪梅;具有不连续NiTi SMA薄膜复合材料的制备及性能研究[D];天津理工大学;2010年
10 杨慧;信号可调压电陶瓷精密驱动电源的研究[D];南昌大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高镇同,熊峻江;疲劳学的研究进展[J];北京航空航天大学学报;1996年03期
2 刘宝棠,江俊勤,何宝鹏;压电陶瓷及其应用[J];大学物理;1995年08期
3 肖定全;关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题[J];电子元件与材料;2004年11期
4 丁辛芳,刘岩海;微型泵的驱动技术[J];电子器件;2001年01期
5 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建;从发明专利看无铅压电陶瓷的研究与发展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之一[J];功能材料;2003年03期
6 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建;BNT基无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二[J];功能材料;2003年04期
7 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建;铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三[J];功能材料;2003年05期
8 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建;铌酸盐系无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年专利分析之四[J];功能材料;2003年06期
9 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建;LiNbO_3基无铅压电陶瓷的研究与进展[J];功能材料;2004年01期
10 叶会英,浦昭邦;压电双晶片的能量传输特性分析[J];光学精密工程;2000年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 赵彦如;蜻蜓膜翅结构特征和纳米力学行为及仿生分析[D];吉林大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱玉珍;;长春试验机研究所数字式高频疲劳试验机通过鉴定验收[J];试验技术与试验机;2006年04期
2 郑铭章;;PLG系列高频疲劳试验机[J];试验技术与试验机;1996年Z2期
3 孙海军;;高频疲劳试验机改造中静负荷的自动控制[J];试验技术与试验机;2000年Z1期
4 项松年;内燃机气门弹簧高频疲劳试验机[J];内燃机工程;1981年02期
5 朱赫;吴永桥;杨万喜;;PLG—10高频疲劳试验机的微机控制[J];机械强度;1987年04期
6 杨桥生;李鹤喜;;APPLE—Ⅱ高频疲劳试验机程控系统[J];机械强度;1990年03期
7 钱国森;;PL6-10型高频疲劳试验机及其故障分析[J];物理测试;1990年04期
8 米亦农;;国外高频疲劳试验机的发展状况[J];试验技术与试验机;1980年03期
9 姬战国;尹芳芳;;使用高频疲劳试验机检测材料的疲劳寿命[J];工程与试验;2008年03期
10 ;本期文摘[J];试验技术与试验机;1980年05期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 姜伟;罗剑波;;高频疲劳试验机控制器中的频率扫描实现[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
2 干瑞杰;李超;杨文俊;张亦良;;疲劳损伤的磁记忆可行性研究[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 白继平;谐振式电液高频疲劳试验机控制关键技术研究[D];浙江工业大学;2013年
2 接勐;压电式高频疲劳试验机的设计理论与试验研究[D];吉林大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 蔡俊飞;高频疲劳试验机激振控制系统的研究[D];浙江工业大学;2013年
2 雷青;压电驱动式高频疲劳试验机的设计与分析[D];吉林大学;2013年
3 刘小星;基于DSP的高频疲劳试验机控制器的研制[D];长春理工大学;2011年
4 陈海明;高频激振控制器的研究[D];浙江工业大学;2005年
5 张妮;高频疲劳试验机动态特性的研究[D];浙江工业大学;2009年
6 云艳;谐振式材料疲劳试验系统振动载荷的模型预测控制技术研究[D];浙江工业大学;2012年
7 陈育萌;基于VI的高频疲劳试验及系统分析软件集成技术的研究[D];浙江工业大学;2009年
8 徐海峰;高频疲劳机激振系统的设计及研究[D];浙江工业大学;2011年
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