序

前言

1 疲劳试验与机械振动 1

1.1 疲劳现象及其影响 1

1.2 疲劳试验系统 2

1.2.1 疲劳试验的目的和内容 2

1.2.2 疲劳试验的加载方法和形式 3

1.2.3 疲劳试验机加载系统原理 5

1.2.4 疲劳试验中的能量转换与回收利用 6

1.2.5 激振器 7

1.2.6 从试样到整机的疲劳试验 10

1.3 试件的机械振动与疲劳试验 12

1.3.1 单自由度强迫振动 13

1.3.2 多自由度振动系统 14

1.3.3 有限元模型与有限元方法 16

1.4 试验系统的能量规律 16

1.4.1 振动体的能耗 16

1.4.2 阻尼的作用与能量消耗 20

1.5 本章小结 22

参考文献 23

2 驱动系统与作动器技术 24

2.1 液压脉动装置 25

2.1.1 单作用式液压脉动油源 25

2.1.2 双作用式液压脉动油源 30

2.1.3 动态力自平衡液压脉动油源 31

2.1.4 液压脉动油源的能量利用与储能 33

2.1.5 作动器 36

2.1.6 大规格交变载荷试验动力源设计方案 37

2.1.7 扭转脉动疲劳试验机设计示例 40

2.2 无阀电液伺服驱动系统 40

2.2.1 工作原理 41

2.2.2 基本结构形式 42

2.2.3 泄漏补偿 44

2.2.4 流量与稳定性 44

2.2.5 系统散热问题 48

2.2.6 动态性能分析 48

2.3 电液伺服控制与静压支承技术 63

2.3.1 电液伺服液压油源的能量与负载 63

2.3.2 静压支承液压作动器 64

2.3.3 微摩擦平面静压支承技术 66

2.4 机械式直线作动器 70

2.4.1 机械式作动器的形式 71

2.4.2 作动器的组合 72

2.5 往复运动电动机 74

2.5.1 往复运动电动机的工作原理 74

2.5.2 往复运动电动机在疲劳试验机中的应用示例 75

2.6 电磁作动器 76

2.7 本章小结 77

参考文献 78

3 杆件单-载荷疲劳试验的共振加载 80

3.1 杆件的振动模态 80

3.1.1 梁的弯曲 80

3.1.2 杆件的纵向振动 83

3.1.3 轴的扭转振动 88

3.2 管道的弯曲振动与疲劳试验加载方法 88

3.2.1 功能与用途 89

3.2.2 基本工作原理 89

3.2.3 适应性调整 92

3.2.4 主要特点与效果 93

3.2.5 应用示例 93

3.3 杆件的共振弯曲振动与疲劳试验加载方法 98

3.3.1 曲轴弯曲共振疲劳试验 98

3.3.2 螺栓连接疲劳试验 101

3.3.3 铁路轨枕脉动疲劳试验 101

3.4 扭转共振疲劳试验加载 111

3.4.1 两端大质量杆的共振扭转 111

3.4.2 一端固定一端自由杆的扭转振动 114

3.4.3 内力系扭转振动 116

3.5 杆件的轴向振动与疲劳试验加载方法 117

3.5.1 杆件的共振疲劳试验基本原理 117

3.5.2 柴油发动机连杆拉压疲劳试验加载方案 118

3.6 本章小结 121

参考文献 121

4 超声疲劳试验系统 123

4.1 超声疲劳试验的基本原理与应用 124

4.1.1 无限自由度连续系统的振动 124

4.1.2 超声疲劳试验原理 125

4.1.3 超声疲劳试验机 126

4.1.4 试验对象 128

4.1.5 应变与裂纹监测 129

4.1.6 超声疲劳试验的发展与应用 129

4.1.7 超声电源与超声换能器 131

4.1.8 变幅杆 138

4.1.9 试件 143

4.1.10 试件状态检测 145

4.2 超声共振疲劳试验 148

4.2.1 轴向共振疲劳试验 148

4.2.2 其他加载形式的超声疲劳试验 158

4.3 准专用试件的超声疲劳试验 158

4.3.1 谐振方程与求解 159

4.3.2 谐振长度等参数的有限元分析 159

4.3.3 试件的安装紧固方法 160

4.4 超声脉动疲劳的实现 164

4.4.1 双周疲劳试验 164

4.4.2 纵向脉动超声疲劳有限元分析 166

4.4.3 机械加工精度对谐振频率的影响 169

4.5 本章小结 171

参考文献 172

5 应用示例 174

5.1 脉动疲劳试验机 175

5.1.1 低频脉动疲劳试验机 175

5.1.2 高频脉动疲劳试验机 180

5.2 机械式疲劳试验机 182

5.2.1 曲柄滑块机构的运动与动力分析 182

5.2.2 变频电动机节能与飞轮的运用 192

5.2.3 几个关键技术问题与解决措施 192

5.2.4 电子机械式疲劳试验机的两种设计示例 197

5.3 大型动态压剪试验机 198

5.3.1 动态压剪疲劳试验机的技术难题 200

5.3.2 直驱式容积伺服动态压剪试验机 207

5.4 电动式动静试验机 218

5.4.1 采用永磁同步直线电动机的动静试验机 218

5.4.2 采用振荡直线电动机驱动的疲劳试验的设计示例 231

5.4.3 单自由度强迫振动系统的加载应用 235

5.5 本章小结 236

参考文献 237

后记 238

《疲劳试验加载方法》对疲劳试验装备中的试样加载技术进行理论阐述、技术探讨和相关设备分析，具体内容包括疲劳试验与机械振动、驱动系统与作动器技术、杆件单一载荷疲劳试验的共振加载、超声疲劳试验系统和应用示例。《疲劳试验加载方法》主要探讨交变载荷的施加手段问题，获得满意的试验加载效果，实现振动疲劳试验系统准确、高效、节能、低成本的目标。

疲劳试验是指通过金属材料实验测定金属材料的σ-1，绘制材料的S-N曲线，进而观察疲劳破坏现象和断口特征，进而学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法。检测设备一般有疲劳试验机和游标卡尺。

在足够大的交变应力作用下，于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应力低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。疲劳断口明显地分为两个区域：较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后，交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨，光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。统计数据表明，机械零件的失效，约有70%左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。

2019年6月4日，《铝合金挤压型材轴向力控制疲劳试验方法》发布。

2020年5月1日，《铝合金挤压型材轴向力控制疲劳试验方法》实施。