釬鋼高頻試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試分析※

熊家澤，于嘉軍，甘海仁，王建華

（1.首鋼貴陽特殊鋼有限公司，貴州 貴陽 550005；2.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012)

1 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)如圖1所示。在釬桿試件中部粘貼應(yīng)變片，其檢測信號經(jīng)應(yīng)變放大器輸入瞬態(tài)波形記錄儀進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)，調(diào)入微機(jī)顯示、打印。

圖1 高頻試驗(yàn)機(jī)釬桿試件載荷測試系統(tǒng)

2 釬桿試樣動(dòng)態(tài)應(yīng)變測定

進(jìn)行了兩組釬桿試件（大、小直徑）在不同載荷下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試，其設(shè)置參數(shù)見圖2。其測試結(jié)果記錄見圖3、圖4,對應(yīng)峰值記錄見表1、表2。

圖2 瞬態(tài)波形記錄儀的參數(shù)設(shè)置

圖3 小直徑試件測試結(jié)果

圖4 大直徑試件測試結(jié)果

表1 小直徑試件峰值記錄

表2 大直徑試樣峰值記錄

3 試驗(yàn)加載的誤差分析

為了驗(yàn)證高頻試驗(yàn)機(jī)加載的穩(wěn)定性和載荷誤差，對小直徑和大直徑試件在不同載荷下的測試波形峰值分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，表3和表4給出了統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明：

兩種試件在給定的測試范圍內(nèi)，加載平穩(wěn)，無失載現(xiàn)象，實(shí)測載荷波動(dòng)范圍一般在1%左右，此波動(dòng)略高于伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)0.5%的精度，但已可基本滿足疲勞試驗(yàn)的要求，在低載荷區(qū)出現(xiàn)較大的波動(dòng)（變異系數(shù)較大），可能是由于數(shù)值采樣量化值取整的影響。

表3 小直徑試件高頻機(jī)試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析

表4 大直徑試件高頻機(jī)采樣峰值的統(tǒng)計(jì)分析

四 試驗(yàn)加載的線性分析

回歸分析表明：兩種釬桿試樣波形峰值隨載荷的變化的線性相關(guān)系數(shù)r均達(dá)到99%以上，具有很好的線性。

表5 測試波形峰值變化的線性回歸

圖5 小直徑試件波形峰值隨載荷變化的回歸直線

圖6 大直徑試件波形峰值隨載荷變化的回歸直線

5 頻譜分析

對兩種釬桿試樣動(dòng)態(tài)測試波形進(jìn)行了頻譜分析（圖7、圖8）。

頻譜分析表明：

（1）其基頻特性為典型的正弦波疊加寬帶隨機(jī)噪聲曲線；

（2）正弦波為其主頻，處于低頻區(qū)，100Hz左右。即高頻試驗(yàn)的加載頻率，此頻率隨試樣直徑（剛性）的增加而增大，這是由于高頻試驗(yàn)機(jī)是利用電磁激勵(lì)加載的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其自振頻率：

圖7 小直徑釬桿試樣測試波形的頻譜分析

圖8 大直徑釬桿試件動(dòng)態(tài)測試波形的頻譜分析

式中ω——角頻率

K——釬鋼試件剛度

M——砝碼質(zhì)量

從上式可以看出：其自振頻率正比于試件剛度的平方根，對相同長度的試件，即正比于試件的直徑；

（3）頻率出現(xiàn)的高頻峰值（在200 kHz以上）為隨機(jī)噪聲，它是由電子元器件發(fā)熱產(chǎn)生的。由頻譜圖可以得出：其主頻信號超出噪聲30 dB，可以估測出信噪比[1]：

測試過程中信號強(qiáng)度遠(yuǎn)超出噪聲信號，為其1000倍,隨機(jī)噪聲不會(huì)對測試構(gòu)成影響。

6 結(jié)語

中國名勝——天水石門

本文基于釬鋼高頻試驗(yàn)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試，對高頻試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)加載的載荷波動(dòng)、線性和頻譜特性進(jìn)行了全面分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的分析表明：高頻試驗(yàn)機(jī)加載的誤差范圍、線性度、信噪比基本可以滿足釬桿試件疲勞試驗(yàn)的要求。

[1]S.GOLDMAN，杜連耀 譯．頻率分析、調(diào)質(zhì)和噪聲［M］．科學(xué)出版社，1962.