气动驱动型柔性材料疲劳试验装置的设计与研究.pdfVIP

摘要

柔性电子材料作为一种新兴的材料，在电路板、手机甚至仿生领域都有广阔的发

展前景，随着柔性材料在电子材料领域中的应用越来越广泛，也对其疲劳强度提出了

一定的要求。为了避免柔性电子器件突然疲劳失效断裂对生活造成的危害，需要对柔

性电子器件等受小载荷的试件进行疲劳强度的检测与研究。因此设计一款针对柔性电

子材料的疲劳检测装置对柔性电子材料的研究发展有着非常重要的影响。

对装置进行三维结构设计，并对夹具调节部分设计了两种结构方案，将两种结构

方案进行对比，确定最终设计方案。确定驱动方式并对传动系统进行设计，建立了气

动系统的动态特性方程，对气动回路进行了系统仿真，研究了同等条件下压强、温度

等分别对气缸速度的影响。

对装置的控制系统进行设计，通过PLC编写程序实现装置所需的启动、停止、自

动计数、复位、清零、自动报警停机等功能。为了确保触摸屏和PLC控制程序的同步

性，重新设置了自动操作、手动操作、I/O监控等多个触摸屏界面。

对疲劳检测装置整体系统进行模态分析，获得整个疲劳检测装置系统和主要元件

的固有频率，以及主要模态振型。同时为了获得疲劳检测装置系统的实验固有频率，

对冲疲劳检测装置系统进行了模态实验，通过仿真模态分析的结果与实验模态分析的

结果进行对比分析，找出疲劳试验装置发生形变的主要部件及位置，对装置的整体结

构进行结构优化，避免疲劳检测装置工作时的共振现象，提升疲劳检测装置整体系统

的稳定性。

加工制作安装样机，并对样机进行调试，在触摸屏控制下，可以观察疲劳检测装

置的反馈效果，以此判断其是否符合工艺要求，是否可以实现设计目标，并及时处理

调试过程中出现的问题，以保障其可靠性与可用性。通过实际应用，评估了样机的耐

久性，以确认它在长期使用后仍能维持稳定的运行，从而验证了所设计的疲劳检测系

统的有效性。

关键词：疲劳检测装置；PLC控制；气动系统；模态分析；结构优化

ABSTRACT

Flexibleelectronicmaterials,asanemergingmaterial,havebroaddevelopment

prospectsinthefieldsofcircuitboards,mobilephones,andevenbiomimetics.Withthe

increasinglywidespreadapplicationofflexiblematerialsinthefieldofelectronicmaterials,

certainrequirementshavebeenputforwardfortheirfatiguestrength.Inordertoavoidthe

harmofsuddenfatiguefailureandfractureofflexibleelectronicdevicestodailylife,itis

necessarytotestandstudythefatiguestrengthofspecimenssubjectedtosmallloadssuch

asflexibleelectronicdevices.Therefore,designingafatiguedetectiondeviceforflexible

electronicmaterialshasaveryimportantimpactontheresearchanddevelopmentof

flexibleelectronicmaterials.

Designthethree-dimensionalstructureofthedevice,anddesigntwostructural

schemesforthefixtureadjustmentpart.Comparethetwostructuralschemestodetermine

thefinaldesignscheme.Determinethedrivingmodeanddesign