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张学成，于立娟 著

图书标签:

• 疲劳试验
• 加载方法
• 材料试验
• 结构试验
• 力学性能
• 耐久性
• 试验技术
• 工程材料
• 机械工程
• 可靠性

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030539731

版次：31

商品编码：12278442

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-11-01

页数：248

字数：312000

正文语种：中文

内容简介

　　《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。

目录

目录
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 概述： 本书深入探讨了材料和结构在承受重复载荷作用下的行为，重点聚焦于实现这些行为的加载技术。我们旨在为工程师、研究人员和技术人员提供一个全面的指南，理解并熟练掌握各种疲劳试验的加载方法。本书的结构旨在从基础原理出发，逐步深入到复杂的技术细节和实际应用，确保读者能够全面掌握疲劳试验的设计、实施和数据解读。 核心内容： 第一部分：疲劳试验基础与加载原理 疲劳现象的本质： 从微观和宏观角度解释材料在循环应力作用下发生损伤、裂纹萌生、扩展直至断裂的过程。详细介绍应力集中、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等关键概念。 加载方法的分类与选择： 介绍疲劳试验中常用的加载方式，包括应力控制（S-N曲线）、应变控制、断裂韧性试验（K-Da曲线）、恒定振幅加载、变幅加载、随机加载等。详细阐述不同加载方法的适用范围、优缺点以及在实际应用中的选择依据，强调根据材料特性、预期服役环境和试验目的来选择最合适的加载方案。 加载参数的定义与影响： 深入解析关键加载参数，如应力比（R值）、应力幅（Δσ）、应变比（εr）、应变幅（Δε）、加载频率、加载波形（正弦波、三角波、方波等）以及应力集中系数等。详细分析这些参数如何影响材料的疲劳寿命、裂纹扩展行为以及试验结果的可靠性。 试验设备与配置： 介绍各种疲劳试验机的类型，包括电液伺服疲劳试验机、电磁式疲劳试验机、扭转疲劳试验机、弯曲疲劳试验机等。讨论试验机的关键组件，如加载系统、夹持系统、测量系统（位移传感器、应变片、应力传感器等）、数据采集系统以及环境控制系统。强调设备选择和校准的重要性。 第二部分：典型疲劳试验加载方法详解 恒定振幅加载（Constant Amplitude Loading）： 应力控制加载 (Servo-hydraulic controlled stress test)： 详细介绍如何通过伺服液压系统精确控制施加的应力幅和应力比，以生成经典的S-N曲线。讨论试验过程中的应力波形选择、频率选择以及如何避免谐振。 应变控制加载 (Strain controlled test)： 讲解在应变控制模式下，如何精确控制应变幅和应变比。重点阐述在低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）区域，应变控制比应力控制更能反映材料的真实行为，尤其是在发生塑性变形的情况下。 低周疲劳 (Low Cycle Fatigue - LCF) 加载： 详细介绍LCF试验的加载参数设置，如较大的应变幅，通常伴随显著的塑性应变。讨论 the Coffin-Manson关系以及其在LCF寿命预测中的应用。 高周疲劳 (High Cycle Fatigue - HCF) 加载： 重点介绍HCF试验的加载参数，如较小的应力幅，材料主要表现为弹性变形。探讨HCF区域的S-N曲线特征以及疲劳极限的概念。 变幅加载（Variable Amplitude Loading）： 顺序加载 (Sequential Loading)： 介绍按照预设的应力或应变序列进行加载的方法，模拟实际服役中的载荷变化。详细讨论加载序列的设计原则，如最大应力、最小应力、应力幅和加载次数的安排。 随机加载 (Random Loading)： 深入研究如何模拟真实世界中复杂多变的随机载荷。介绍功率谱密度（PSD）的概念，以及如何根据PSD生成具有统计学意义的随机加载信号。讨论峰值计数法（Peak-counting methods）和雨流计数法（Rainflow counting methods）在分析随机加载谱中的应用。 载荷谱的生成与应用： 阐述如何从实际应用场景提取载荷数据，并将其转化为可用于疲劳试验的载荷谱。讨论不同行业的典型载荷谱，如航空航天、汽车、机械制造等。 断裂韧性疲劳试验加载： 恒定加载幅值断裂韧性试验： 详细介绍在恒定加载幅值下，如何通过加载来驱动裂纹的萌生和扩展，以测量断裂韧性参数（如KIC）。 加载幅值增量断裂韧性试验 (K-increasing or K-decreasing test)： 讲解如何通过逐步改变加载幅值来观察裂纹的扩展行为，以获得更全面的断裂韧性数据。 恒定裂纹增长速率 (Constant da/dN) 加载： 介绍如何通过精细控制加载幅值和频率，使裂纹以恒定的速率扩展，这是研究疲劳裂纹扩展机制的关键方法。 第三部分：加载方法在实际应用中的考虑因素 材料的各向异性与加载方向： 讨论材料在不同方向上的力学性能差异，以及加载方向对疲劳行为的影响。强调在试验设计中需要考虑材料的结构和加工方式。 环境因素的影响： 深入分析温度、湿度、腐蚀介质等环境因素如何与加载方式相互作用，从而影响材料的疲劳寿命。介绍在不同环境下进行疲劳试验的特殊加载要求和设备配置。 加载频率与速率效应： 探讨加载频率对疲劳寿命的影响，尤其是在不同材料和温度条件下。讨论高频加载可能带来的发热问题以及如何通过频率选择来模拟或避免这些效应。 试验数据分析与寿命预测： 介绍常用的疲劳数据分析方法，包括S-N曲线拟合、Weibull分布分析、裂纹扩展速率模型（Paris公式等）。阐述如何根据试验结果进行寿命预测，并将其应用于结构设计和剩余寿命评估。 试验误差与不确定性评估： 分析加载过程中的潜在误差来源，如传感器精度、加载控制精度、试样制备差异等。讨论如何通过重复试验、统计分析和不确定性量化来提高试验结果的可靠性。 结论： 本书旨在为读者提供关于疲劳试验加载方法全面而深入的理解。通过掌握这些加载技术，读者将能够更准确地评估材料和结构的疲劳性能，优化设计，提高产品可靠性，并最终确保工程安全。本书强调理论与实践的结合，鼓励读者在理解基本原理的基础上，根据具体的工程问题和试验需求，灵活运用和创新加载方法。

评分☆☆☆☆☆

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