一種鋼管彎曲疲勞試驗的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鋼管彎曲疲勞試驗機，包括兩組支撐托架，兩組支撐托架上放置有鋼管試樣；在鋼管試樣的一端固定安裝有激振支架，激振支架的外端支板中通過軸承安裝有轉軸，該轉軸上設置有偏心塊，該轉軸通過聯軸器與電機傳動連接；在鋼管試樣的另一端固定安裝有配重；鋼管試樣的內腔通過管線與加壓系統連通。本實用新型的裝置，結構簡單，使用方便，準確性高，使用成本低，提高了疲勞試驗效率。
【專利說明】一種鋼管彎曲疲勞試驗機【技術領域】
[0001]本實用新型屬于疲勞試驗設備【技術領域】，涉及一種鋼管彎曲疲勞試驗機。
【背景技術】
[0002]現有的大直徑鋼管全尺寸疲勞試驗方法主要有軸向拉伸疲勞試驗法、四點彎曲疲勞試驗法、旋轉彎曲疲勞試驗法和共振彎曲疲勞試驗法。一般采用軸向拉伸疲勞試驗法進行鋼管材料疲勞試驗；四點彎曲疲勞試驗效率較低，一個小時只能加載幾千次，并且在試樣周向只有部分區域達到交變應力峰值，不能全范圍搜索試樣內部缺陷；旋轉彎曲疲勞試驗中，雖然試件通過旋轉彎曲可以保證其周向都達到交變應力峰值，但由于試驗機從一端驅動，試樣必須傳送扭矩以克服軸承中的摩擦，因而試樣中的應力并不是純單向的，最終導致試驗結果偏于保守，很少有人應用。
[0003]從試驗結果的準確性、全面性、試驗效率和使用成本方面來說，現有的大直徑鋼管全尺寸彎曲疲勞試驗設備均存在結構復雜、效率低、精度低、操作繁瑣、使用成本高的不足。因此，研究大直徑鋼管全尺寸疲勞試驗技術，設計制造相應的試驗設備對于提高此類產品疲勞性能校驗的可靠性、縮短試驗周期，有著非常重要的實際意義。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種鋼管彎曲疲勞試驗機，解決了現有技術中存在的結構復雜、效率低、精度低、操作繁瑣、使用成本高的問題。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是，一種鋼管彎曲疲勞試驗機，包括兩組支撐托架，兩組支撐托架上放置有鋼管試樣；在鋼管試樣的一端固定安裝有激振支架，激振支架的外端支板中通過軸承安裝有轉軸，該轉軸上設置有偏心塊，該轉軸通過聯軸器與電機傳動連接；在鋼管試樣的另一端固定安裝有配重。
`[0006]本實用新型的鋼管彎曲疲勞試驗機，其特點還在于:
[0007]電機選用變頻調速電機。
[0008]鋼管試樣的內腔通過管線與加壓系統連通。
[0009]本實用新型的有益效果是，結構簡單，使用方便，準確性高，使用成本低，既可進行大直徑鋼管全尺寸疲勞試驗，又不用傳遞扭矩，避免了旋轉彎曲試驗方法帶來的誤差，也保證鋼管周向都能達到交變應力峰值，加載頻率快，提高疲勞試驗效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型鋼管彎曲疲勞試驗機的結構示意圖。
[0011]圖中，1.電機，2.聯軸器，3.偏心塊，4.激振支架，5.支撐托架，6.關注部位，7.鋼管試樣,8.加壓系統，9.配重。
【具體實施方式】[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0013]參照圖1，本實用新型裝置的結構是，包括兩組支撐托架5，兩組支撐托架5上放置有鋼管試樣7 ;在鋼管試樣7的一端固定安裝有激振支架4,激振支架4的外端支板中通過軸承安裝有轉軸，該轉軸上設置有偏心塊3，該轉軸通過聯軸器2與電機I傳動連接；在鋼管試樣7的另一端固定安裝有配重9，鋼管試樣7的內腔通過管線與加壓系統8連通。
[0014]激振支架4、偏心塊3、聯軸器2及電機I 一起稱為旋轉激振裝置，激振支架4的一端與鋼管試樣7固定連接，激振支架4的另一端與偏心塊3的轉軸套接。
[0015]電機I選用變頻調速電機。
[0016]配重9和支撐托架5的軸向支撐位置的設置應合理，配重9和偏心塊3的塊數、質量及偏心度的設置根據需要確定，以達到設定的鋼管振動形態。配置的加壓系統8用于在試驗前向鋼管試樣7的內腔中注水打壓得到一定的靜水壓，進而模擬預張力工況下的大直徑鋼管彎曲疲勞試驗。
[0017]本實用新型裝置，基于鋼管試樣的一階振動模態，采用旋轉激振裝置，使其達到鋼管試樣7的共振狀態，共振的頻率決定疲勞試驗的加載頻率，共振的結果使鋼管試樣7上關注部位6 (中間部位)產生交流變化的彎曲應力，由于此彎曲激振力隨偏心塊3旋轉不斷改變方向，因而不用傳遞扭矩即可使鋼管試樣7的周向均達到交變應力峰值的目的，最終保證在鋼管試樣7的圓周方向全范圍搜索其疲勞缺陷。
[0018]對于鋼管試樣的目標模態，目標模態是指鋼管試樣中部振幅遠大于兩端的振幅，從而使關注部位6形成一種按試驗要求幅度交流變化的彎曲應力。使關注部位6處的峰值應力遠大于其它位置的應力。確定目標模態后，即可通過相關模態計算設計試樣的結構剛度(長度、配重)，使鋼管試樣7固有振動頻率對應的模態振型達到目標模態。
[0019]本實用新型裝置的工作原理是:利用兩組支撐托架5支撐在鋼管試樣7的兩端，電機I通過聯軸器2驅動偏心塊3進行旋轉，偏心塊3旋轉產生的離心載荷通過激振支架4傳遞給鋼管試樣7，當偏心塊3的轉動頻率，即激振頻率接近鋼管試樣7的固有頻率時，試樣將因產生共振而開始劇烈振動，該振動形態即為前述的目標模態，振動的結果使得關注部位6處的應力達到最大，由于激振載荷，即偏心塊3產生的離心力是旋轉變化的，因而試樣上每一點的彎曲應力也交流變化，并且在鋼管試樣7的環向都達到了交變應力的峰值。交變應力峰值的大小可通過激振頻率和偏心塊3偏重的多少進行調整，最終在關注部位6處產生試驗要求的交流變化的彎曲應力。
[0020]本實用新型的大直徑全尺寸鋼管疲勞試驗機，試驗過程中，只有電機I驅動偏心塊3旋轉，鋼管試樣7本身并不發生旋轉，而是周期性的振動，因此不用傳遞扭矩，提高了試驗結果的準確性。基于試樣的一階振動模態，主要是指試驗前需要設計鋼管疲勞試樣的結構剛度，使其一階振動模態符合目標模態的要求。可達到任意大小的交變應力范圍，是指可通過調整旋轉激振裝置的轉速和偏心塊的偏重，任意調整鋼管試樣交變彎曲應力的幅值大小。試驗時間短，效率高是指旋轉激振頻率越高，應力循環的速度就越快，疲勞試驗所需時間就越短，該試驗機激振頻率最高可達30Hz，相當于同一個位置一天可加載彎曲載荷250萬次以上。
【權利要求】
1.一種鋼管彎曲疲勞試驗機，其特點在于:包括兩組支撐托架(5)，兩組支撐托架(5)上放置有鋼管試樣(7);在鋼管試樣(7)的一端固定安裝有激振支架(4)，激振支架(4)的外端支板中通過軸承安裝有轉軸，該轉軸上設置有偏心塊(3)，該轉軸通過聯軸器(2)與電機(I)傳動連接；在鋼管試樣(7)的另一端固定安裝有配重(9)。
2.根據權利要求1所述的鋼管彎曲疲勞試驗機，其特點在于:所述的電機(I)選用變頻調速電機。
3.根據權利要求1所述的鋼管彎曲疲勞試驗機，其特點在于:所述的鋼管試樣(7)的內腔通過管線與加壓系統(8)連通。
【文檔編號】G01N3/32GK203465164SQ201320555301
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】侯曉東, 劉宏亮, 雷廣進, 左其川, 王秉武, 王耀峰 申請人:寶雞石油機械有限責任公司