高频谐振疲劳机载荷测量误差建模分析及试验夹具优化设计

高红俐 朱楷勇 龚 澳 姜 伟

浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，杭州，310014

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疲劳破坏是机械零部件和结构失效的最常见形式。研究表明，大量的断裂都与疲劳裂纹的产生和扩展密切相关[1-3]，目前尚不能完全通过有效的理论方法来研究疲劳裂纹萌生、扩展和断裂的机理，金属材料疲劳裂纹扩展(fatigue crack growth，FCG)试验作为探索机械零部件疲劳断裂特性的一种重要方法，对提高机械产品的可靠性、延长使用寿命有着十分重要的意义[4-5]。紧凑拉伸(compact tensile，CT)试件是疲劳裂纹扩展试验中最常用的试件，众多的研究者采用CT试件进行疲劳试验，对材料的各种性能进行了研究[6-9]。

金属材料FCG试验主要包括电液伺服式强迫振动低频疲劳试验和电磁谐振式高频疲劳试验。基于共振原理的电磁谐振式疲劳试验系统具有工作频率高、能量消耗低、试验时间短、试验波形好等优点，被广泛用于CT试件的FCG试验。为保证试验结果准确性和系统工作稳定性，必须对试验过程中的动态试验载荷进行高精度测量和控制。在动态试验载荷测量过程中，首先须进行试验机静态载荷的标定。因为测力传感器与试件之间通过上夹具和法兰连接，振动和惯性力的影响导致试件真实受力与测力传感器测得的示值并不相等，即存在动态载荷测量误差，因此，要对疲劳试验动态试验载荷进行精确标定。目前，疲劳试验机动态力校准相关国家标准[10]主要适用于电液伺服式强迫振动疲劳试验系统，不能精确地进行电磁谐振式高频疲劳试验系统动态试验载荷的校准。……