振动疲劳试验系统机械装置的设计毕业论文 —刁海洋.docVIP

目 录 1 绪论 2 1.1 引言 2 1.1.1 工程中的振动疲劳与研究意义 2 1.1.2 振动疲劳的分类及研究方法 4 1.2 国内外现状 5 1.3 本文的主要工作 6 2 试验系统的总体设计 8 2.1 引言 8 2.2 设计方案一 8 2.21 系统组成 8 2.22 试验系统控制理论 9 2.23 试验件及夹持方案 12 2.3 设计方案二 13 2.31 配重加载 13 2.32 约束条件 14 2.33 加载点确定 15 2.34 测点位置确定 15 2.4 方案比较 16 2.5 本章小结 17 3 振动台的设计 18 3.1 引言 18 3.2 设计计算 23 3.2.1结构形式与工作原理 23 3.2.2结构工艺参数的选择及计算 25 3.3 结构计算 27 3.4 本章小结 36 4 结论与展望 37 4.1 全文工作总结 37 4.2 进一步工作的展望 37 参考文献 39 致 谢 40 1 绪论 1.1 引言 1.1.1 工程中的振动疲劳与研究意义 某型国产飞机在研制生产试飞过程中发生以下问题： 1）飞机液压导管振裂，导致烧毁飞机，查明原因：该导管固有频率为535~537Hz，而液压泵工作频率528~540Hz，激起导管共振破坏。 2）飞机火箭挂梁裂纹， 查明原因：火箭悬挂频率为6.88Hz，而机翼有6.70Hz 的一个共振频率，在着陆、滑行、阵风时机翼的振动响应引起火箭（类似于动力吸振器）的较大共振导致破坏。 3)飞机炮架结构裂纹，查明原因：该航炮连发频率为22.5Hz，炮架结构共振频率与连发频率的四倍频一致，导致破坏。 以上事例充分揭示了振动疲劳（或称动态疲劳）产生的原因是结构承受的动态载荷（振动、冲击、噪声）的频率分布与结构固有频率分布具有交集或相接近引起结构共振所造成的。 疲劳（Fatigue）是指机械或结构的材料在振动载荷的作用下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定振动次数后形成裂纹或断裂的过程。显然，机械结构的疲劳与振动密切相关。随着19 世纪初期铁路运输工业的发展，人们发现疲劳破坏问题以来，疲劳破坏的研究经历了以不同学科为理论基础的研究阶段，表达了疲劳破坏理论不断完善与发展的过程。最初的结构疲劳破坏研究是以材料力学为理论基础，后来为满足工程实践对疲劳寿命分析精度不断增长的需求，逐步发展为以弹塑性力学、断裂力学、概率统计和随机过程等为理论基础。虽然工程界与学术界对疲劳破坏问题展开了大量的研究，例如，疲劳寿命曲线、疲劳累积损伤准则、疲劳寿命分析方法以及疲劳强度影响因素等各方面，但在研究机械或结构疲劳时，人们都忽略了结构动力特性（例如，惯性、自然频率、振型、阻尼等）对其疲劳寿命与疲劳强度的影响。之所以忽略结构动力特性的影响与当时工业水平有必然的联系，早期的机械或结构所处的振动环境远没有今天这么复杂，结构动响应对其疲劳破坏的贡献不起主要作用。同时，它也符合事物的发展规律，疲劳破坏研究正是一个逐步发展与完善的过程。随着现代工业技术的蓬勃发展，机械或结构所处的振动环境日趋复杂，特别是现代航空航天技术的发展，仍然采用常规的疲劳破坏理论已难以精确地估算结构的疲劳寿命，或者无法解释某些结构疲劳破坏问题。 因此，为满足现代工业的发展趋势，解决因振动激励导致的疲劳破坏问题，在研究结构疲劳时，必须考虑结构的动力特性（特别是共振响应），把结构动力学设计引入到疲劳分析中来，发展并完善现代疲劳破坏理论，最终形成一门新的学科——振动疲劳工程。振动疲劳工程（Vibration Fatigue Engineering）是本论文提出的一种新的疲劳研究路线，它主要考虑结构动力特性对疲劳裂纹扩展过程以及疲劳寿命的影响。 随着现代工业的飞速发展，飞行器、船舶、车辆等运载工具和汽轮机、机器人、发动机等机电产品都需要在短期内不断更新换代，以适应市场经济下的产品竞争和人们对可靠性、舒适性、经济性等不断增长的需求。由于结构日趋轻柔、机械日趋高速、振动环境日趋复杂，因振动环境带来的问题越来越受到工程界的关注。例如，发动机由于燃料燃烧引起的冲击和往复运动构件的惯性力会产生多个不同振源和不同振型的复杂振动。汽轮机运行时要经受转子高速旋转而产生的周期性激振力以及气道气流压力沿节距的不均匀分布所引起的周期性激振力等振动载荷。汽车行驶时要经受发动机产生的振动和噪声以及地面不平、紧急刹车等引起的动态载荷。各种武器装备发射时要经受武器发射、投放、弹射等动作产生的振动载荷。特别是现代航空航天技术的发展，飞机在飞行过程中，结构要经受发动机产生的振动和噪声、各种非平稳气动力、着陆滑行及某些地面机动产生的振动冲击等动态载荷；火箭在飞行过程中要经受推力、气动以及燃气