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电磁谐振式高频疲劳试验机动态特性研究

作　者: 王萌
导　师: 陈立杰
学　校: 厦门大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 电磁谐振式疲劳试验机动态特性有限元方法动态力示值误差同轴度误差
分类号: TH871.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

电磁谐振式高频疲劳试验机是一种基于共振原理的用于测定金属材料疲劳特性的试验设备,因其工作频率高、试验时间短、能量消耗低、试验费用低等优点广泛应用于高等院校科研教学及工业生产等各部门。近年来,随着制造及测试技术的发展与提高,以及各种新型材料的研制及实际应用需求,疲劳试验机测试结果的准确性与可靠性越来越受到重视。目前,对于疲劳试验机的静态力校准,测试手段和方法已趋于成熟；而动态循环力的校准仍处于研究发展阶段。因此,为了完善疲劳试验机的高精度校准,我们对试验机进行了系统建模以及动态特性理论及仿真分析,主要研究工作如下：(1)以电磁谐振式高频疲劳试验机GBQ-100为研究对象,基于有限元方法建立了疲劳试验机的整机有限元模型,通过模态分析与谐响应分析,得到了试验机各阶固有频率及对应振型,并分析了试验机参振质量、试样刚度、整机刚度等对试验机固有频率的影响规律。(2)基于疲劳试验机的工作原理及振动力学理论,建立了电磁谐振式疲劳试验机的三自由度线性振动力学模型,由系统动力学方程得到了系统中各参振质量的运动规律表达式、各弹性体变形规律表达式以及固有频率求解方程；通过数值求解得到了振动系统固有频率,并分析了砝码质量、试样刚度对固有频率的影响；由传感器与试样之间的作用力方程,推导得出了试验机动态力示值误差表达式,并分析了其影响因素,为疲劳试验机的动态力校准提供了理论依据。(3)分析了疲劳试验机同轴度误差产生的原因及对试验结果的影响,并将同轴度误差分为设备上下夹具的几何同轴度误差与试样的力值同轴度误差两部分；在线弹性范围内,通过固体力学中的组合变形理论,将几何同轴度误差与力值同轴度误差关联起来,得到了力值同轴度误差表达式及由同轴度误差引起的动态力示值误差的表达式,为实际检定过程中试样棒直径的选择及动态力校准提供了理论依据。并从理论上,使得生产与计量部门,由于所使用的同轴度概念的不同而引起的不同测试数据间有了可比性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
Table of Contents  11-14
第一章绪论  14-23
  1.1 课题背景及意义  14-16
    1.1.1 疲劳及疲劳试验机  14-15
    1.1.2 疲劳试验机应用及待解决问题  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-21
    1.2.1 疲劳试验机相关的振动力学研究  16-17
    1.2.2 疲劳试验机振动特性研究  17-18
    1.2.3 疲劳试验机循环力校准研究  18-21
    1.2.4 课题的提出  21
  1.3 本文主要研究内容  21-23
第二章疲劳试验机动态特性有限元分析  23-42
  2.1 有限元分析简介  23-25
    2.1.1 有限元分析法  23
    2.1.2 基于ANSYS的动力学分析  23-25
  2.2 疲劳试验机有限元建模  25-27
    2.2.1 疲劳试验机总体结构及工作原理  25
    2.2.2 疲劳试验机有限元模型  25-27
  2.3 疲劳试验机振动特性分析  27-32
    2.3.1 不同试样对应试验机模型的模态分析  27-28
    2.3.2 疲劳试验机模态分析  28-31
    2.3.3 疲劳试验机谐响应分析  31-32
  2.4 参振质量对疲劳试验机固有频率的影响  32-35
    2.4.1 砝码质量对固有频率的影响  32-34
    2.4.2 试样质量对固有频率的影响  34-35
  2.5 刚度对试验机固有频率的影响  35-40
    2.5.1 砝码刚度对试验机刚度的影响  35-36
    2.5.2 试样刚度对试验机刚度的影响  36-39
    2.5.3 整机刚度对试验机固有频率的影响  39-40
  2.6 底座质量对疲劳试验机固有频率的影响  40-41
  2.7 本章小节  41-42
第三章疲劳试验机振动系统力学特性研究  42-64
  3.1 两种有限元模型比较  42-43
  3.2 主机结构力学模型及分析  43-47
    3.2.1 力学模型及力学特性分析  43-46
    3.2.2 振动系统能量分析  46-47
  3.3 振动系统固有频率研究  47-56
    3.3.1 振动系统组成参数确定  47-48
    3.3.2 振动系统固有频率求解  48-50
    3.3.3 砝码质量及试样刚度对系统固有频率的影响  50-56
  3.4 动态力示值误差研究  56-62
    3.4.1 动态力示值误差来源  56
    3.4.2 动态力示值误差表达式及影响因素  56-58
    3.4.3 动态力示值误差数值分析  58-62
  3.5 本章小节  62-64
第四章同轴度误差研究  64-74
  4.1 疲劳试验机同轴度误差分类  64-67
    4.1.1 几何同轴度误差  64-65
    4.1.2 力值同轴度误差  65-67
  4.2 试样尺寸误差对力值同轴度误差的影响  67-68
  4.3 几何同轴度误差对力值同轴度误差的影响  68-72
  4.4 几何同轴度误差对动态力示值误差的影响  72-73
  4.5 本章小节  73-74
第五章总结与展望  74-77
  5.1 总结  74-76
  5.2 展望  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
攻读研究生期间发表的论文  82

电磁谐振式高频疲劳试验机动态特性研究

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