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    重庆时时彩大全: 微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法.pdf

    关 键 词:
    滑动 摩擦 疲劳 力学 测试 装置 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611183165.2

    申请日:

    2016.12.20

    公开号:

    CN106769567A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 3/38申请日:20161220|||公开
    IPC分类号: G01N3/38 主分类号: G01N3/38
    申请人: 吉林大学
    发明人: 赵宏伟; 孙兴冻; 任露泉; 于淼; 吴迪; 于洋; 李柠; 李源尚
    地址: 130000 吉林省长春市前进大街2699号
    优先权:
    专利代理机构: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100 代理人: 王怡敏
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611183165.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法,属于机电领域。包括正交复合双压电驱动机构,预载荷发生机构,端密封介质腔体机构,介质加热机构,组合夹具机构,滑轨机构,底座;正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接,滑轨机构设在底座上,预载荷发生机构设在底座上,其与组合夹具机构相连接,组合夹具机构与端密封介质腔体机构相连接,介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。本发明与现有技术相比,在对材料的表面进行微滑动摩擦疲劳测试的同时,增设了预载荷与材料服役液体介质环境,使摩擦疲劳测试更接近于材料真实服役环境,提高了测试结果的可靠性。

    权利要求书

    1.一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:包括正交复合双压电驱动机构、预
    载荷发生机构、端密封介质腔体机构、介质加热机构、组合夹具机构、滑轨机构及底座(20),
    所述正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接,所述滑轨机构设在底座(20)上,所述预
    载荷发生机构设在底座(20)上,与组合夹具机构相连接,所述组合夹具机构与端密封介质
    腔体机构相连接,所述介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。
    2.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的正交复合
    双压电驱动机构包括:横向压电驱动??椋?)、横纵叠堆连接??椋?)、纵向柔性铰链(3)、定
    位滑销(4)、纵向压电叠堆(5)、正压力传感器(6)、摩擦杆(7)、叠堆支架安装螺钉(30)、叠堆
    支架(31)、横向压电驱动??楣潭荻ぃ?2)、紧固螺母(35)、 LVDT位移传感器二(40)、位移
    传感器安装板(41),所述纵向压电叠堆(5)安装在纵向柔性铰链(3)上,横向压电驱动???br />(1)通过横纵叠堆连接??椋?)与纵向柔性铰链(3)相连接,同时纵向柔性铰链(3)通过定位
    滑销(4)与叠堆支架(31)相连接,定位滑销(4)保证了纵向柔性铰链(3)仅在定位滑销(4)的
    轴线方向运动,纵向压电叠堆(5)端部设有螺纹孔,正压力传感器(6)两端设有螺纹,正压力
    传感器(6)测量由纵向压电叠堆(5)所施加的载荷,同时实现对纵向压电叠堆(5)的闭环控
    制,来实现特定交变载荷的输出;所述摩擦杆(7)一端设有螺纹,另一端设有矩形块摩擦头,
    所述正压力传感器(6)一端与纵向压电叠堆(5)螺纹连接,另一端通过紧固螺母(35)与摩擦
    杆(7)的螺纹端相连接,摩擦杆(7)的矩形块摩擦头与试件(8)相接触;所述叠堆支架(31)上
    设有矩形槽,横向压电驱动??椋?)设置在所述矩形槽内,并通过横向压电驱动??楣潭?br />钉(32)与叠堆支架(31)相连接,所述叠堆支架(31)通过叠堆支架安装螺钉(30)连接在滑块
    (29)上;所述位移传感器安装板(41)的侧面及顶面设有螺纹孔,中间设有通孔,所述位移传
    感器安装板(41)通过侧面的螺纹孔与叠堆支架(31)相连接,LVDT位移传感器二(40)设置在
    位移传感器安装板(41)的通孔内,并通过位移传感器安装板(41)顶面的螺纹孔螺栓预紧固
    定,所述LVDT位移传感器二(40)的测量端部与纵向柔性铰链(3)相接触。
    3.根据权利要求2所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的横向压电
    驱动??椋?)包括横向柔性铰链(101)、横向压电叠堆(102),所述横向压电叠堆(102)安装
    在横向柔性铰链(101)上,所述横向压电叠堆(102)通过电压信号激励伸长并沿设定方向推
    动横向柔性铰链(101),从而实现位移输出,通过设定的激励信号可实现往复式运动,为摩
    擦疲劳测试提供往复式摩擦运动。
    4.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的预载荷发
    生机构包括:力输出杆(14)、预载荷柔性铰链(15)、预载荷压电叠堆(16)、底板螺钉(17)、底
    板(19)、位移测量挡板(37)、LVDT位移传感器一(38)、位移传感器安装座(39),所述预载荷
    柔性铰链(15)设有平行四边形槽及螺纹孔,所述力输出杆(14)的两端分别设有螺纹和端
    盖,力输出杆(14)的螺纹端与预载荷柔性铰链(15)上的螺纹孔相连接,所述预载荷压电叠
    堆(16)设在预载荷柔性铰链(15)上,所述预载荷柔性铰链(15)通过预载荷发生机构安装螺
    钉(18)连接在底板(19)上;位移测量挡板(37)设有螺纹孔,通过螺钉与预载荷柔性铰链
    (15)相连接,位移传感器安装座(39)侧面及顶面设有螺纹孔,中间开有通孔,其通过测面的
    螺纹孔连接到底座(20)上,LVDT位移传感器一(38)安装在位移传感器安装座(39)通孔内,
    并通过位移传感器安装座(39)顶面的螺纹孔进行螺栓预紧固定,所述LVDT位移传感器一
    (38)的端部与位移测量挡板(37)相接触,所述LVDT位移传感器一(38)通过预载荷压电叠堆
    (16)的尺寸改变将变形传递给预载荷柔性铰链(15),进而传递给位移测量挡板(37),通过
    LVDT位移传感器一(38)的端部与位移测量挡板(37)相接触,最终将位移变化传递到LVDT位
    移传感器一(38),底板(19)通过底板螺钉(17)固定底座(20)上。
    5.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的端密封介
    质腔体机构包括密封波纹管(12)、连接筒(36)、波纹管装配螺钉(21)、介质腔体安装螺钉
    (22)、介质腔体(23),所述介质腔体(23)的形状为长方体,其上端为开口结构,其两侧开有
    圆形孔;所述介质腔体(23)的圆形孔两侧分别连接密封波纹管(12)和连接筒(36),所述密
    封波纹管(12)由波纹管管身(1201)、波纹管密封端盖(1202)构成,所述波纹管密封端盖
    (1202)直径与力输出杆(14)的端盖直径相等,两者通过波纹管装配螺钉(21)相连接,所述
    连接筒(36)两端分别设有密封端盖,所述连接筒(36)分别通过两侧的密封端盖与介质腔体
    (23)及挡块(33)相连接,所述介质腔体(23)通过介质腔体安装螺钉(22)与底座(20)相连
    接。
    6.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的介质加热
    机构由加热管路(25)及外部热源构成,所述加热管路(25)是圆柱形弯管,搭接在介质腔体
    (23)的内侧壁,所述加热管路(25)的两接口平行朝外。
    7.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的组合夹具
    机构包括销柱式右夹具(9)、连接螺母(10)、预压力传感器(11)、连接杆(13)、销柱式左夹具
    (28),所述连接杆(13)由连接杆螺纹端(1301)和连接杆端盖(1302)构成,所述连接杆端盖
    (1302)直径与力输出杆(14)的端盖直径相等,所述连接杆(13)通过波纹管装配螺钉(21)分
    别与力输出杆(14)、密封波纹管(12)相连接;所述销柱式右夹具(9)两端分别设有销柱和螺
    纹,预压力传感器(11)两端均设有螺纹,其两侧均通过连接螺母(10)与连接杆螺纹端
    (1301)、销柱式右夹具(9)相连接;所述预压力传感器(11)测量试件(8)所承受的预载荷的
    大小,同时对预载荷压电叠堆(16)的闭环控制,来实现特定载荷的输出;所述预压力传感器
    (11)为防水压力传感器,设置在密封波纹管(12)内部,所述销柱式左夹具(28)在一端设有
    端盖,端盖上设有螺纹孔,挡块(33)通过挡块安装螺钉(34)安装在底座(20)上,销柱式左夹
    具(28)另一端设有销柱,所述销柱式左夹具(28)的端盖与挡块(33)螺栓连接,挡块(33)连
    接固定销柱式左夹具(28),同时与连接筒(36)连接起到了密封的作用。
    8.根据权利要求1所述的微滑动摩擦疲劳力学测试装置,其特征在于:所述的滑轨机构
    包括直线滑轨(24)、滑轨螺钉(26)、紧固螺钉(27)、滑块(29),所述直线滑轨(24)通过滑轨
    螺钉(26)连接在底座(20)上,所述滑块(29)安装在直线滑轨(24)上,所述滑块的侧壁设有
    螺纹孔,通过滑动滑块(29)能够使设在其上的叠堆支架(31)沿直线滑轨(24)方向移动,进
    而实现对需要进行滑动摩擦疲劳试验的试件目标区域的定位,通过紧固螺钉(27)实现滑块
    (29)在直线滑轨(24)上的紧固锁定。
    9.一种微滑动摩擦疲劳力学测试方法,其特征在于:在施加横向预载荷的前提下,通过
    对试件施加纵向交变正压力产生接触,并通过施加横向往复驱动来提供微滑动摩擦力,试
    验置于液体介质环境中。

    说明书

    微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法

    技术领域

    本发明涉及机电领域,特别涉及一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法。
    是一种能够提供试件区域介质环境,且能够对试件施加预载荷的微滑动摩擦疲劳测试装置
    及测试方法。

    背景技术

    各类材料及其制品在其服役期间?;岱⑸狭咽У奈侍?,给实际生产活动带来
    直接或间接的影响及威胁,严重影响了经济利益的增长及发展。疲劳是造成材料断裂失效
    的重要因素,而摩擦疲劳是造成接触面失效的重要因素,因此研究材料的摩擦疲劳力学性
    能及表现具有重要的理论价值与现实意义。材料实际服役工况是复杂的,涉及服役区域介
    质氛围、复合载荷场等,因此将疲劳试验置于接近于材料真实服役工况的条件下对正确揭
    示材料疲劳力学性能具有非常重要的作用。现有材料摩擦疲劳试验机存在无介质环境,且
    不能对试件预置载荷,均不能较好模拟材料真实工况及环境下的摩擦疲劳性能。因此,设计
    一种能够将试验置于真实介质环境及真实载荷工况的微滑动摩擦疲劳测试工艺及装置迫
    在眉睫。

    发明内容

    本发明的目的在于提供一种微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法,解决了现
    有技术存在的上述问题。本发明能够提供介质环境,能够对试件施加预载荷,且能在微小尺
    度范围内对材料进行摩擦疲劳测试。

    本发明的上述目的通过以下技术方案实现:

    微滑动摩擦疲劳力学测试装置,包括正交复合双压电驱动机构、预载荷发生机构、
    端密封介质腔体机构、介质加热机构、组合夹具机构、滑轨机构及底座20,所述正交复合双
    压电驱动机构与滑轨机构相连接,所述滑轨机构设在底座20上,所述预载荷发生机构设在
    底座20上,与组合夹具机构相连接,所述组合夹具机构与端密封介质腔体机构相连接,所述
    介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。

    所述的正交复合双压电驱动机构包括:横向压电驱动???、横纵叠堆连接???、
    纵向柔性铰链3、定位滑销4、纵向压电叠堆5、正压力传感器6、摩擦杆7、叠堆支架安装螺钉
    30、叠堆支架31、横向压电驱动??楣潭荻?2、紧固螺母35、LVDT位移传感器二40、位移传
    感器安装板41,所述纵向压电叠堆5安装在纵向柔性铰链3上,横向压电驱动???通过横纵
    叠堆连接???与纵向柔性铰链3相连接,同时纵向柔性铰链3通过定位滑销4与叠堆支架31
    相连接,定位滑销4保证了纵向柔性铰链3仅在定位滑销4的轴线方向运动,纵向压电叠堆5
    端部设有螺纹孔,正压力传感器6两端设有螺纹,正压力传感器6测量由纵向压电叠堆5所施
    加的载荷,同时实现对纵向压电叠堆5的闭环控制,来实现特定交变载荷的输出;所述摩擦
    杆7一端设有螺纹,另一端设有矩形块摩擦头,所述正压力传感器6一端与纵向压电叠堆5螺
    纹连接,另一端通过紧固螺母35与摩擦杆7的螺纹端相连接,摩擦杆7的矩形块摩擦头与试
    件8相接触,所述叠堆支架31上设有矩形槽,横向压电驱动???设置在所述矩形槽内,并通
    过横向压电驱动??楣潭荻?2与叠堆支架31相连接,所述叠堆支架31通过叠堆支架安装
    螺钉30连接在滑块29上;所述位移传感器安装板41的侧面及顶面设有螺纹孔,中间设有通
    孔,所述位移传感器安装板41通过侧面的螺纹孔与叠堆支架31相连接,LVDT位移传感器二
    40设置在位移传感器安装板41的通孔内,并通过位移传感器安装板41顶面的螺纹孔螺栓预
    紧固定,所述LVDT位移传感器二40的测量端部与纵向柔性铰链3相接触。

    所述的横向压电驱动???包括:横向柔性铰链101、横向压电叠堆102,所述横向
    压电叠堆102安装在横向柔性铰链101上,所述横向压电叠堆102通过电压信号激励伸长并
    沿设定方向推动横向柔性铰链101,从而实现位移输出,通过设定的激励信号可实现往复式
    运动,为摩擦疲劳测试提供往复式摩擦运动。

    所述的预载荷发生机构包括:力输出杆14、预载荷柔性铰链15、预载荷压电叠堆
    16、底板螺钉17、底板19、位移测量挡板37、LVDT位移传感器一38、位移传感器安装座39,所
    述预载荷柔性铰链15设有平行四边形槽及螺纹孔,所述力输出杆14的两端分别设有螺纹和
    端盖,力输出杆14的螺纹端与预载荷柔性铰链15上的螺纹孔相连接,所述预载荷压电叠堆
    16设在预载荷柔性铰链15上,所述预载荷柔性铰链15通过预载荷发生机构安装螺钉18连接
    在底板19上;位移测量挡板37设有螺纹孔,通过螺钉与预载荷柔性铰链15相连接,位移传感
    器安装座39侧面及顶面设有螺纹孔,中间开有通孔,其通过测面的螺纹孔连接到底座20上,
    LVDT位移传感器一38安装在位移传感器安装座39通孔内,并通过位移传感器安装座39顶面
    的螺纹孔进行螺栓预紧固定,所述LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触,
    所述LVDT位移传感器一38通过预载荷压电叠堆16的尺寸改变将变形传递给预载荷柔性铰
    链15,进而传递给位移测量挡板37,通过LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相
    接触,最终将位移变化传递到LVDT位移传感器一38,底板19通过底板螺钉17固定底座20上。

    所述的端密封介质腔体机构包括:密封波纹管12、连接筒36、波纹管装配螺钉21、
    介质腔体安装螺钉22、介质腔体23,所述介质腔体23的形状为长方体,其上端为开口结构,
    其两侧开有圆形孔;所述介质腔体23的作用是容纳摩擦疲劳试验所需的介质环境,例如各
    类酸碱盐溶液等,上端开口结构为正交复合双压电驱动机构通过摩擦杆7施加摩擦疲劳提
    供路径,圆形孔为组合夹具机构伸入介质腔体23提供路径,所述介质腔体23的圆形孔两侧
    分别连接密封波纹管12和连接筒36,所述密封波纹管12由波纹管管身1201、波纹管密封端
    盖1202构成,所述波纹管密封端盖1202直径与力输出杆14的端盖直径相等,两者通过波纹
    管装配螺钉21相连接,所述连接筒36两端分别设有密封端盖,所述连接筒36分别通过两侧
    的密封端盖与介质腔体23及挡块33相连接,所述介质腔体23通过介质腔体安装螺钉22与底
    座20相连接。

    所述的介质加热机构由加热管路25及外部热源构成,所述加热管路25是圆柱形弯
    管,搭接在介质腔体23的内侧壁,所述加热管路25的两接口平行朝外。

    所述的组合夹具机构包括:销柱式右夹具9、连接螺母10、预压力传感器11、连接杆
    13、销柱式左夹具28,所述连接杆13由连接杆螺纹端1301和连接杆端盖1302构成,所述连接
    杆端盖1302直径与力输出杆14的端盖直径相等,所述连接杆13通过波纹管装配螺钉21分别
    与力输出杆14、密封波纹管12相连接;所述销柱式右夹具9两端分别设有销柱和螺纹,预压
    力传感器11两端均设有螺纹,其两侧均通过连接螺母10与连接杆螺纹端1301、销柱式右夹
    具9相连接;所述预压力传感器11测量试件8所承受的预载荷的大小,同时对预载荷压电叠
    堆16的闭环控制,来实现特定载荷的输出;所述预压力传感器11为防水压力传感器,设置在
    密封波纹管12内部,所述销柱式左夹具28在一端设有端盖,端盖上设有螺纹孔,挡块33通过
    挡块安装螺钉34安装在底座20上,销柱式左夹具28另一端设有销柱,所述销柱式左夹具28
    的端盖与挡块33螺栓连接,挡块33连接固定销柱式左夹具28,同时其与连接筒36连接起到
    了密封的作用。

    所述的滑轨机构包括:直线滑轨24、滑轨螺钉26、紧固螺钉27、滑块29,所述直线滑
    轨24通过滑轨螺钉26连接在底座20上,所述滑块29安装在直线滑轨24上,所述滑块的侧壁
    设有螺纹孔,通过滑动滑块29能够使设在其上的叠堆支架31沿直线滑轨24方向移动,进而
    实现对需要进行滑动摩擦疲劳试验的试件目标区域的定位,通过紧固螺钉27实现滑块29在
    直线滑轨24上的紧固锁定。

    本发明的另一目的在于提供一种微滑动摩擦疲劳力学测试方法,在施加横向预载
    荷F的前提下,通过对试件施加纵向交变正压力N(t)产生接触,并通过施加横向往复驱动来
    提供微滑动摩擦力,试验置于液体介质环境中;

    摩擦疲劳为摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳损伤而引
    起表面脱落的现象,设摩擦杆7与试件8之间的摩擦系数为μ,则微滑动摩擦力的计算公式
    为:

    f摩=μN(t)

    其中纵向交变正压力为:


    接触区域应力计算公式为:


    接触区域应变计算公式为:


    其中N0为初始正压力,A0为纵向交变正压力的变化幅值,ω为纵向交变正压力变化
    的角速度,为纵向交变正压力的初始相位角,Δl为试件在纵向交变正压力N(t)作用下的
    试件变形量,l0为试件在沿受力方向的原始尺寸值,A为接触面积值;

    根据上述计算公式,可得出在横向预载荷F作用下的应力应变(σ-ε)曲线,根据应
    力-应变(σ-ε)曲线来对摩擦疲劳力学性能进行分析,并记录出现疲劳时的横向往复驱动次
    数n;通过设置不同横向预载荷F、相同纵向交变正压力N(t),可以得出在特定N(t)作用下的
    不同预载荷-摩擦疲劳寿命(F-n)曲线;通过设置相同横向预载荷F;不同纵向交变正压力N
    (t),可以得出在特定横向预载荷F作用下的不同纵向交变正压力-摩擦疲劳寿命(N-n)曲
    线,从多方面、多角度对材料的微滑动摩擦疲劳力学性能进行分析研究。

    本发明的有益效果在于:本发明与现有技术相比,在对材料的表面进行微滑动摩
    擦疲劳测试的同时,增设了预载荷与材料服役液体介质环境,使摩擦疲劳测试更接近于材
    料真实服役环境,提高了测试结果的可靠性。

    附图说明

    此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发
    明的示意性实例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。

    图1为本发明的立体结构示意图;

    图2为本发明的俯视结构示意图;

    图3为本发明的左视结构示意图;

    图4为本发明的主视结构示意图;

    图5为本发明的横向压电驱动???、横纵叠堆连接??榈木植糠糯笫疽馔?;

    图6为本发明的销柱式右夹具的局部放大示意图;

    图7为本发明的连接杆的放大示意图;

    图8为本发明的连接筒的放大示意图;

    图9为本发明的销柱式左夹具的放大示意图;

    图10为本发明的力输出杆的放大示意图;

    图11为本发明的预压力传感器的放大示意图;

    图12为本发明的横纵叠堆连接??榈姆糯笫疽馔?;

    图13为本发明的密封波纹管的放大示意图;

    图14为本发明的测试方法的原理图。

    图中:1、横向压电驱动???;2、横纵叠堆连接???;3、纵向柔性铰链;4、定位滑销;
    5、纵向压电叠堆;6、正压力传感器;7、摩擦杆;8、试件;9、销柱式右夹具;10、连接螺母;11、
    预压力传感器;12、密封波纹管;13、连接杆;14、力输出杆;15、预载荷柔性铰链;16、预载荷
    压电叠堆;17、底板螺钉;18、预载荷发生机构安装螺钉;19、底板;20、底座;21、波纹管装配
    螺钉;22、介质腔体安装螺钉;23、介质腔体;24、直线滑轨;25、加热管路;26、滑轨螺钉;27、
    紧固螺钉;28、销柱式左夹具;29、滑块;30、叠堆支架安装螺钉;31、叠堆支架;32、横向压电
    驱动??楣潭荻?;33、挡块;34、挡块安装螺钉;35、紧固螺母;36、连接筒;37、位移测量挡
    板;38、LVDT位移传感器一;39、位移传感器安装座;40、LVDT位移传感器二;41、位移传感器
    安装板;101、横向柔性铰链;102、横向压电叠堆;1201、波纹管管身;1202、波纹管密封端盖;
    1301、连接杆螺纹端;1302、连接杆端盖。

    具体实施方式

    下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

    参见图1至图13所示,本发明的微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法,包括正
    交复合双压电驱动机构、预载荷发生机构、端密封介质腔体机构、介质加热机构、组合夹具
    机构、滑轨机构及底座20,所述正交复合双压电驱动机构与滑轨机构相连接,所述滑轨机构
    设在底座20上,所述预载荷发生机构设在底座20上,与组合夹具机构相连接,所述组合夹具
    机构与端密封介质腔体机构相连接,所述介质加热机构与端密封介质腔体机构相连接。

    所述的正交复合双压电驱动机构包括:横向压电驱动???、横纵叠堆连接???、
    纵向柔性铰链3、定位滑销4、纵向压电叠堆5、正压力传感器6、摩擦杆7、叠堆支架安装螺钉
    30、叠堆支架31、横向压电驱动??楣潭荻?2、紧固螺母35、LVDT位移传感器二40、位移传
    感器安装板41,所述纵向压电叠堆5安装在纵向柔性铰链3上,横向压电驱动???通过横纵
    叠堆连接???与纵向柔性铰链3相连接,同时纵向柔性铰链3通过定位滑销4与叠堆支架31
    相连接,定位滑销4保证了纵向柔性铰链3仅在定位滑销4的轴线方向运动,纵向压电叠堆5
    端部设有螺纹孔,正压力传感器6两端设有螺纹,正压力传感器6测量由纵向压电叠堆5所施
    加的载荷,同时通过外部编程来实现对纵向压电叠堆5的闭环控制,来实现特定交变载荷的
    输出;所述摩擦杆7一端设有螺纹,另一端设有矩形块摩擦头,所述正压力传感器6一端与纵
    向压电叠堆5螺纹连接,另一端通过紧固螺母35与摩擦杆7的螺纹端相连接,摩擦杆7的矩形
    块摩擦头与试件8相接触,通过在摩擦杆7的矩形块摩擦头表面制作各种材料的涂层来改变
    摩擦面之间的摩擦系数,来探讨不同摩擦系数的摩擦疲劳表现;所述纵向压电叠堆5通过电
    压信号的激励伸长并沿特定方向推动纵向柔性铰链3,并最终通过摩擦杆7的矩形块摩擦头
    将特定的交变载荷施加到试件8上,从而为摩擦接触面提供交变的正压力;所述叠堆支架31
    上设有矩形槽,横向压电驱动???设置在所述矩形槽内,并通过横向压电驱动??楣潭?br />钉32与叠堆支架31相连接,所述叠堆支架31通过叠堆支架安装螺钉30连接在滑块29上;所
    述位移传感器安装板41的侧面及顶面设有螺纹孔,中间设有通孔,所述位移传感器安装板
    41通过侧面的螺纹孔与叠堆支架31相连接,LVDT位移传感器二40设置在位移传感器安装板
    41的通孔内,并通过位移传感器安装板41顶面的螺纹孔螺栓预紧固定,所述LVDT位移传感
    器二40的测量端部与纵向柔性铰链3相接触,实时测量由横向压电驱动???驱动所产生的
    位移值,以便于后期的数据分析。

    所述的横向压电驱动???包括横向柔性铰链101、横向压电叠堆102,所述横向压
    电叠堆102安装在横向柔性铰链101上,所述横向压电叠堆102通过电压信号激励伸长并沿
    设定方向推动横向柔性铰链101,从而实现位移输出,通过设定特定的激励信号可实现往复
    式运动,为摩擦疲劳测试提供往复式摩擦运动。

    所述的预载荷发生机构包括:力输出杆14、预载荷柔性铰链15、预载荷压电叠堆
    16、底板螺钉17、底板19、位移测量挡板37、LVDT位移传感器一38、位移传感器安装座39,所
    述预载荷柔性铰链15设有平行四边形槽及螺纹孔,平行四边形槽增加预载荷柔性铰链15的
    柔性;所述力输出杆14的两端分别设有螺纹和端盖,力输出杆14的螺纹端与预载荷柔性铰
    链15上的螺纹孔相连接,所述预载荷压电叠堆16设在预载荷柔性铰链15上,预载荷压电叠
    堆16通过特定的电压激励伸长并推动预载荷柔性铰链15,输出特定的位移及载荷,为试件
    提供预载荷;所述预载荷柔性铰链15通过预载荷发生机构安装螺钉18连接在底板19上;位
    移测量挡板37设有螺纹孔,通过螺钉与预载荷柔性铰链15相连接,位移传感器安装座39侧
    面及顶面设有螺纹孔,中间开有通孔,其通过测面的螺纹孔连接到底座20上,LVDT位移传感
    器一38安装在位移传感器安装座39通孔内,并通过位移传感器安装座39顶面的螺纹孔进行
    螺栓预紧固定,所述LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触,所述LVDT位移
    传感器一38通过预载荷压电叠堆16的尺寸改变将变形传递给预载荷柔性铰链15,进而传递
    给位移测量挡板37,通过LVDT位移传感器一38的端部与位移测量挡板37相接触,最终将位
    移变化传递到LVDT位移传感器一38,底板19通过底板螺钉17固定底座20上。

    所述的端密封介质腔体机构包括密封波纹管12、连接筒36、波纹管装配螺钉21、介
    质腔体安装螺钉22、介质腔体23,所述介质腔体23的形状为长方体,其上端为开口结构,其
    两侧开有圆形孔;所述介质腔体23的作用是容纳摩擦疲劳试验所需的介质环境,例如各类
    酸碱盐溶液等,上端开口结构为正交复合双压电驱动机构通过摩擦杆7施加摩擦疲劳提供
    路径,圆形孔为组合夹具机构伸入介质腔体23提供路径,所述介质腔体23的圆形孔两侧分
    别连接密封波纹管12和连接筒36,所述密封波纹管12由波纹管管身1201、波纹管密封端盖
    1202构成,所述波纹管密封端盖1202直径与力输出杆14的端盖直径相等,两者通过波纹管
    装配螺钉21相连接,所述连接筒36两端分别设有密封端盖,所述连接筒36分别通过两侧的
    密封端盖与介质腔体23及挡块33相连接,所述介质腔体23通过介质腔体安装螺钉22与底座
    20相连接。

    所述的介质加热机构由加热管路25及外部热源构成,所述加热管路25是圆柱形弯
    管,其具有特定构形,能够搭接在介质腔体23的内侧壁,所述加热管路25的两接口平行朝
    外,为外部热源提供接口,介质加热机构能够实现处于介质腔体23内的介质环境温度改变,
    以满足试验的要求。

    所述的组合夹具机构包括销柱式右夹具9、连接螺母10、预压力传感器11、连接杆
    13、销柱式左夹具28,所述连接杆13由连接杆螺纹端1301和连接杆端盖1302构成,所述连接
    杆端盖1302直径与力输出杆14的端盖直径相等,所述连接杆13通过波纹管装配螺钉21分别
    与力输出杆14、密封波纹管12相连接;所述销柱式右夹具9两端分别设有销柱和螺纹,预压
    力传感器11两端均设有螺纹,其两侧均通过连接螺母10与连接杆螺纹端1301、销柱式右夹
    具9相连接;所述预压力传感器11测量试件8所承受的预载荷的大小,同时通过外部编程可
    实现对预载荷压电叠堆16的闭环控制,来实现特定载荷的输出;所述预压力传感器11为防
    水压力传感器,设置在密封波纹管12内部,来自于预载荷发生机构的力分成了两部分,一部
    分力提供了密封波纹管12的波纹管管身1201的变形,另一部分作用于试件8;夹具采用销柱
    式避免了脆性较大的测试材料在加持时出现断裂现象,所述销柱式左夹具28在一端设有端
    盖,端盖上设有螺纹孔,挡块33通过挡块安装螺钉34安装在底座20上,销柱式左夹具28另一
    端设有销柱,所述销柱式左夹具28的端盖与挡块33螺栓连接,挡块33连接固定销柱式左夹
    具28,同时其与连接筒36连接起到了密封的作用。

    所述的滑轨机构包括直线滑轨24、滑轨螺钉26、紧固螺钉27、滑块29,所述直线滑
    轨24通过滑轨螺钉26连接在底座20上,所述滑块29安装在直线滑轨24上,所述滑块的侧壁
    设有螺纹孔,通过滑动滑块29能够使设在其上的叠堆支架31沿直线滑轨24方向移动,进而
    实现对需要进行滑动摩擦疲劳试验的试件目标区域的定位,通过紧固螺钉27实现滑块29在
    直线滑轨24上的紧固锁定。

    参见图14所示,本发明的微滑动摩擦疲劳力学测试方法,在施加横向预载荷F的前
    提下,通过对试件施加纵向交变正压力N(t)产生接触,并通过施加横向往复驱动来提供微
    滑动摩擦力,试验置于液体介质环境中;

    摩擦疲劳为摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳损伤而引
    起表面脱落的现象,设摩擦杆7与试件8之间的摩擦系数为μ,则微滑动摩擦力的计算公式
    为:

    f摩=μN(t)

    其中纵向交变正压力为:


    接触区域应力计算公式为:


    接触区域应变计算公式为:


    其中N0为初始正压力,A0为纵向交变正压力的变化幅值,ω为纵向交变正压力变化
    的角速度,为纵向交变正压力的初始相位角,Δl为试件在纵向交变正压力N(t)作用下的
    试件变形量,l0为试件在沿受力方向的原始尺寸值,A为接触面积值;

    根据上述计算公式,可得出在横向预载荷F作用下的应力应变(σ-ε)曲线,根据应
    力-应变(σ-ε)曲线来对摩擦疲劳力学性能进行分析,并记录出现疲劳时的横向往复驱动次
    数n;通过设置不同横向预载荷F、相同纵向交变正压力N(t),可以得出在特定N(t)作用下的
    不同预载荷-摩擦疲劳寿命(F-n)曲线;通过设置相同横向预载荷F;不同纵向交变正压力N
    (t),可以得出在特定横向预载荷F作用下的不同纵向交变正压力-摩擦疲劳寿命(N-n)曲
    线,从多方面、多角度对材料的微滑动摩擦疲劳力学性能进行分析研究。

    实施例:

    与上述相比不同之处在于:所述的横向压电叠堆102、纵向压电叠堆5均不输入激
    励电压,仅对预载荷压电叠堆16输入激励电压信号,则可适用于考察材料在不同液体介质
    环境中的应力腐蚀情况。应力腐蚀的评价指标主要有:应力腐蚀断裂的时间、抗拉强度、断
    面收缩率、延伸率、应力强度因子。通过不加液体介质环境时的试验指标与设置液体介质环
    境所得试验指标的对比,可以探究不同液体介质环境对材料的应力腐蚀情况。

    以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术
    人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,
    均应包含在本发明的?;し段е?。

    关于本文
    本文标题:微滑动摩擦疲劳力学测试装置与测试方法.pdf
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