钎钢高频试验的动态应力测试分析※

熊家泽，于嘉军，甘海仁，王建华

（1.首钢贵阳特殊钢有限公司，贵州 贵阳 550005；2.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

1 测试系统

测试系统如图1所示。在钎杆试件中部粘贴应变片，其检测信号经应变放大器输入瞬态波形记录仪进行记录、存储，调入微机显示、打印。

图1 高频试验机钎杆试件载荷测试系统

2 钎杆试样动态应变测定

进行了两组钎杆试件（大、小直径）在不同载荷下的动态应力测试，其设置参数见图2。其测试结果记录见图3、图4,对应峰值记录见表1、表2。

图2 瞬态波形记录仪的参数设置

图3 小直径试件测试结果

图4 大直径试件测试结果

表1 小直径试件峰值记录

表2 大直径试样峰值记录

3 试验加载的误差分析

为了验证高频试验机加载的稳定性和载荷误差，对小直径和大直径试件在不同载荷下的测试波形峰值分别进行了统计分析，表3和表4给出了统计结果。

统计分析结果表明：

两种试件在给定的测试范围内，加载平稳，无失载现象，实测载荷波动范围一般在1%左右，此波动略高于伺服疲劳试验机0.5%的精度，但已可基本满足疲劳试验的要求，在低载荷区出现较大的波动（变异系数较大），可能是由于数值采样量化值取整的影响。

表3 小直径试件高频机试验的统计分析

表4 大直径试件高频机采样峰值的统计分析

四 试验加载的线性分析

回归分析表明：两种钎杆试样波形峰值随载荷的变化的线性相关系数r均达到99%以上，具有很好的线性。

表5 测试波形峰值变化的线性回归

图5 小直径试件波形峰值随载荷变化的回归直线

图6 大直径试件波形峰值随载荷变化的回归直线

5 频谱分析

对两种钎杆试样动态测试波形进行了频谱分析（图7、图8）。

频谱分析表明：

（1）其基频特性为典型的正弦波叠加宽带随机噪声曲线；

（2）正弦波为其主频，处于低频区，100Hz左右。即高频试验的加载频率，此频率随试样直径（刚性）的增加而增大，这是由于高频试验机是利用电磁激励加载的强迫振动系统，其自振频率：

图7 小直径钎杆试样测试波形的频谱分析

图8 大直径钎杆试件动态测试波形的频谱分析

式中ω——角频率

K——钎钢试件刚度

M——砝码质量

从上式可以看出：其自振频率正比于试件刚度的平方根，对相同长度的试件，即正比于试件的直径；

（3）频率出现的高频峰值（在200 kHz以上）为随机噪声，它是由电子元器件发热产生的。由频谱图可以得出：其主频信号超出噪声30 dB，可以估测出信噪比[1]：

测试过程中信号强度远超出噪声信号，为其1000倍,随机噪声不会对测试构成影响。

6 结语

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本文基于钎钢高频试验动态应力测试，对高频试验机试验加载的载荷波动、线性和频谱特性进行了全面分析，根据试验结果进行的分析表明：高频试验机加载的误差范围、线性度、信噪比基本可以满足钎杆试件疲劳试验的要求。

[1]S.GOLDMAN，杜连耀 译．频率分析、调质和噪声［M］．科学出版社，1962.