试验是开展微动疲劳研究的基础。随着微动疲劳问题研究的广泛开展,相应的微动疲劳试验设备不断被开发和改进,功能日趋完善,试验精度不断提高。相应的试验规程和标准也逐渐确立和完善。早期的微动疲劳试验装置,主要以摩擦学研究中使用的磨损试验机改装而来。目前,大多为微动疲劳试验专用设备,多采用液压伺服系统。也有一些为特定机械结构设计的试验机,如针对航空涡轮发动机榫连接的微动疲劳试验机,针对高空电缆的电缆微动疲劳试验机等。下面介绍几种典型的微动疲劳试验设备。
1.美国空军理工学院的微动疲劳试验机
如图3.2所示,该试验台由一台22.2 kN单轴拉伸疲劳试验机改装而成。在试验机的两支撑立柱间安装刚性横梁,横梁上安装微动垫,通过横向弹簧为微动垫施加固定的接触压力,由纵向弹簧提供切向牵引力。远端力由液压缸拉压试件来实现。
2.普渡大学的微动疲劳试验装置
普渡大学的试验装置和美国空军理工学院的试验装置类似,其微动垫固定机构安装于疲劳试验机的底座上,通过两横向螺栓控制接触力的大小,通过改变微动垫安装机构的刚度来控制切向牵引力。试验装置如图3.3所示。
3.牛津大学的试验装置
牛津大学的标准试件试验台有别于上述两种试验装置。它分别采用两个对置动作液压缸以实现对远端力和切向牵引力的分别控制,试验的可控性更强。其试验装置如图3.4所示。
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图3.2 美国空军理工学院微动疲劳试验装置示意图
图3.3 普渡大学的微动疲劳试验装置
此外,由于研究燕尾榫的需要,牛津大学还建立了针对榫连接的结构试件微动疲劳试验台,该试验台采用垂直双向加载设计,能够在水平和垂直方向上施加载荷并分别控制。该试验系统的基础是一台电液伺服疲劳试验机,通过双轴非比例激励分别模拟航空发动机工作状态下的离心力和空气对叶片的作用力,通过一个附加的高周疲劳激励实现微动幅值的控制,如图3.5所示。该试验系统能够对各种航空发动机载荷特征下叶片的微动疲劳损伤规律进行研究。
图3.4 牛津大学的双轴加载微动疲劳试验装置
图3.5 牛津大学的燕尾榫连接结构试件微动疲劳试验台
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