高频疲劳试验机多头试验系统设计与动态特性研究

论文摘要

高频疲劳试验机用来进行测试各种金属材料和一些非金属材料抵抗疲劳断裂性能,绘制疲劳寿命曲线（S-N曲线）,被广泛地应用在航空、航天、冶金、高等院校科研和教学及工业生产等各部门。高频疲劳试验机配以各种专用夹具,可以用来测试各种零部件的疲劳寿命,但只限于一次一根试件试验。考虑到个别材料由于尺寸比较小,导致试件的频率过低,无法在高频疲劳试验机上进行试验。本课题设计了能使多个试件（圆柱或者板材试件）同时试验的两种专用夹具,使试件的整体频率提高,实现在疲劳试验机上的试验,并且由于频率的提高,使试验效率也有所提高。本课题的内容是根据高频疲劳试验机的试验原理,结合夹具设计的基本原则,对圆柱试件多头夹具和板材试件多头夹具进行设计。利用PRO/E三维软件进行建模。利用ANSYS Workbench软件分别对两个夹具进行静力分析和模态分析。静力分析结果表明,夹具的微小变形在试验允许范围之内。模态分析结果表明,整体的频率能在试验机上试验。考虑到多个光滑试件同时加载,加载力大,对试验机的许用载荷要求较高的原因。又对V形缺口圆形截面试件和U形缺口矩形截面试件进行了模态分析,缺口试件的加载力较小,对试验机的许用载荷要求不高。通过分析结果可以看出缺口试件与光滑试件的频率和振型基本相同,可对其进行试验。最后,根据本夹具的情况,进行了简单数据处理,用样本分布推导母体分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高频疲劳试验机介绍
• 1.2 试验机原理及实验过程
• 1.2.1 高频疲劳试验机原理
• 1.2.2 高频疲劳试验机结构
• 1.2.3 试验过程说明
• 1.3 应用领域
• 1.4 夹具的重要性
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本文研究的内容及重要性
• 第2章 圆柱试件多头夹具设计与建模
• 2.1 夹具的定义及分类
• 2.2 夹具的用途及使用优点
• 2.3 夹具设计和制造的特点
• 2.3.1 夹具设计工作的特点
• 2.3.2 夹具制造工作的特点
• 2.4 夹具设计的基本要求
• 2.4.1 夹具设计中的几个问题
• 2.4.2 夹具保证使用方便与安全
• 2.4.3 注意结构的工艺性，便于制造和维修
• 2.5 圆柱试件多头夹具三维建模
• 2.5.1 PRO/E 简介
• 2.5.2 夹具总成设计
• 2.5.3 上夹具体设计
• 2.5.4 下夹具体设计
• 2.5.5 弹簧夹头
• 2.6 圆柱试件多头夹具理论基础
• 2.6.1 试件的形状和尺寸要求
• 2.6.2 试验所承受的最大应力
• 2.6.3 摩擦力计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 ANSYS中的静力分析与动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS 简介
• 3.3 线性静力分析基础
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 材料属性
• 3.3.3 装配体
• 3.3.4 载荷及约束
• 3.4 圆柱试件多头夹具静力分析
• 3.4.1 建立模型
• 3.4.2 划分网格
• 3.4.3 施加约束和载荷
• 3.4.4 求解计算和结果分析
• 3.4.5 结构确定之前的方案对比
• 3.5 模态分析理论基础
• 3.5.1 模态分析过程
• 3.5.2 模态分析中的几何体
• 3.5.3 建立模态分析项
• 3.5.4 载荷和约束及其求解结果
• 3.6 圆柱试件多头夹具模态分析
• 3.6.1 模型处理
• 3.6.2 网格划分
• 3.6.3 边界条件的处理
• 3.6.4 模态分析与结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 板状试件多头夹具设计与分析
• 4.1 板状试件多头夹具技术要求与建模
• 4.1.1 试件的尺寸与形状
• 4.1.2 试件所承受的最大应力
• 4.1.3 夹具的夹紧力计算
• 4.1.4 夹具的三维建模
• 4.2 板状试件多头夹具结构静力分析
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 划分网格
• 4.2.3 施加约束和载荷
• 4.2.4 求解计算和结果分析
• 4.3 板状试件多头夹具模态分析
• 4.3.1 模型处理
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 边界条件的处理
• 4.3.4 模态分析与结果分析
• 4.4 缺口试件分析
• 4.4.1 圆试件
• 4.4.2 板试件
• 4.4.3 V形缺口圆试件模态分析
• 4.4.4 U形缺口板试件模态分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 数据处理
• 5.1 产生数据
• 5.2 整理数据
• 5.3 假设检验分布函数
• 5.4 导出公式
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢