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电液伺服三通道试验机优化设计与性能分析

杨庆明  
【摘要】:材料试验机有静态和动态之分,静态试验机顾名思义就是检测材料静态力学性能的试验机,如检测金属材料的屈服强度、抗拉强度等。动态疲劳试验机是检测材料的动态力学性能的试验机,如材料的疲劳寿命,裂纹扩展性能,零部件的动刚度等。由电液伺服技术的发展而研制的电液伺服动静态万能试验机自从问世以来,很快就成为研究材料疲劳性能和动态特性的有力手段,在国际和国内动态力学研究领域得到广泛应用,备受专业人士的青睐。由此发展而来的拉扭复合加载动态试验机以及拉弯扭多通道复合加载试验机,满足了检测受力复杂材料的动态性能和疲劳性能,以及模拟一些零部件使用工况的需求。电液伺服三通道试验机就是一款可对材料及零件进行拉压、弯曲和扭转加载的多功能试验机。该机有三个作动器分别对试验对象产生拉压力、弯曲力和扭矩作用。多通道控制加载是一项比较复杂的控制试验技术,而多种作用力作用在同一零件上的多向加载难度更大。 本文所述电液伺服三通道试验机是我司为北航研制的一款全新的材料复合加载试验机,由于缺乏复合加载试验机的设计经验,国际和国内类似产品很少,因此在样机试制中发现些许不足。本文结合工程实践中的问题,从产品样机的具体问题出发,分析设计目标与样机试验中存在的差距,结合先进的分析软件等找出问题的症结所在,并提出主机机械结构优化方案。在提出优化方案的同时又对试验机的特性进行了分析。在本文写作中有如下创新和深入研究: 1)针对该机型提出了框架封闭式受力结构和框架开式受力结构。 2)通过对弯曲加载特点的分析,提出了现有夹具的不足并提出优化方案。 3)通过对整机的模拟分析,指出刚度对系统结果的影响。从机械和液压两方面提出优化措施。 4)按照优化参数运用计算机仿真手段进行仿真分析,得到了良好效果。 总之,本文通过运用有限元方法对主机关键件进行建模、分析、对比可以显示出框架封闭式受力结构的优点。同时还对产品的夹具提出了优化方案,消除了存在的安全隐患,提高了整机的寿命。产品优化后的性能通过仿真软件进行了模拟,以主要加载通道为例进行了幅频特性分析,其效果达到了设计要求。找出了前期设计制造中的问题,为后期的改进工作提供了理论依据及切实可行的改进方案。摸索积累了多通道多向加载试验机的分析、设计、模拟经验。


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