釬鋼高頻試驗的動態應力測試分析※

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任公司，湖南 長沙 410012)

1 測試系統

測試系統如圖1所示。在釬桿試件中部粘貼應變片，其檢測信號經應變放大器輸入瞬態波形記錄儀進行記錄、存儲，調入微機顯示、打印。

圖1 高頻試驗機釬桿試件載荷測試系統

2 釬桿試樣動態應變測定

進行了兩組釬桿試件（大、小直徑）在不同載荷下的動態應力測試，其設置參數見圖2。其測試結果記錄見圖3、圖4,對應峰值記錄見表1、表2。

圖2 瞬態波形記錄儀的參數設置

圖3 小直徑試件測試結果

圖4 大直徑試件測試結果

表1 小直徑試件峰值記錄

表2 大直徑試樣峰值記錄

3 試驗加載的誤差分析

為了驗證高頻試驗機加載的穩定性和載荷誤差，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行了統計分析，表3和表4給出了統計結果。

統計分析結果表明：

兩種試件在給定的測試范圍內，加載平穩，無失載現象，實測載荷波動范圍一般在1%左右，此波動略高于伺服疲勞試驗機0.5%的精度，但已可基本滿足疲勞試驗的要求，在低載荷區出現較大的波動（變異系數較大），可能是由于數值采樣量化值取整的影響。

表3 小直徑試件高頻機試驗的統計分析

表4 大直徑試件高頻機采樣峰值的統計分析

四 試驗加載的線性分析

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系數r均達到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

對兩種釬桿試樣動態測試波形進行了頻譜分析（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噪聲曲線；

（2）正弦波為其主頻，處于低頻區，100Hz左右。即高頻試驗的加載頻率，此頻率隨試樣直徑（剛性）的增加而增大，這是由于高頻試驗機是利用電磁激勵加載的強迫振動系統，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 大直徑釬桿試件動態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）頻率出現的高頻峰值（在200 kHz以上）為隨機噪聲，它是由電子元器件發熱產生的。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]：

測試過程中信號強度遠超出噪聲信號，為其1000倍,隨機噪聲不會對測試構成影響。

6 結語

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本文基于釬鋼高頻試驗動態應力測試，對高頻試驗機試驗加載的載荷波動、線性和頻譜特性進行了全面分析，根據試驗結果進行的分析表明：高頻試驗機加載的誤差范圍、線性度、信噪比基本可以滿足釬桿試件疲勞試驗的要求。

[1]S.GOLDMAN，杜連耀 譯．頻率分析、調質和噪聲［M］．科學出版社，1962.