TT-FBS1 扭转-竖向疲劳双轴/三轴试验系统

　　扭转-竖向疲劳双轴/三轴试验系统

      扭转-竖向疲劳双轴/三轴试验系统是用于研究材料（如金属、复合材料、岩土体）在复杂多轴循环荷载下疲劳特性、累积损伤及失效机制的试验设备。该系统通过独立控制扭转与轴向荷载，模拟实际工程中的复合受力状态（如传动轴、桩基、涡轮叶片等）。以下是系统的技术架构、核心功能及典型试验方法：

　　1. 系统组成与核心模块

　　（1）加载框架与驱动单元

　　 双轴模式：

　　– 轴向作动器：电液伺服控制，荷载±250Kn/±500Kn，频率0.01~50Hz（正弦/随机波形）。

　　– 扭转作动器：独立扭矩输出±1000Nm/±2000Nm/±3000Nm，转角±90°，频率0.01~30Hz。（正弦/随机波形）。

　　 三轴扩展（选配）：

　　– 增加围压舱（压力0~50MPa），实现真三轴应力状态（σ1≠σ2≠σ3）。

　　（2）关键传感器与测量系统

　　（3）环境模拟单元（选配）

　　 温控舱：-70℃~300℃（液氮/电阻加热），用于航空材料低温疲劳测试。

　　 腐蚀介质循环：模拟酸雨、海水等侵蚀环境（pH 2~12，流量可调）。

　　2. 试验模式与加载策略

　　（1）复合加载波形

　　 相位控制：

　　– 同相位（轴向拉伸+扭转）、反相位（轴向压缩+扭转）或任意相位差（0~360°）。

　　 波形组合：

　　– 轴向：三角波/方波；扭转：正弦波/梯形波（支持自定义时程导入）。

　　（2）典型试验标准

　　（3）损伤评估方法

　　 能量法：计算每循环耗散能（滞回环面积）。

　　 临界平面法：结合剪切应变幅与法向应力（Fatemi-Socie模型）。

　　 数字图像相关（DIC）：全场应变分析，定位应变集中区。

　　3. 控制系统与数据采集

　　 硬件平台：

　　– 基于DOLI或NI PXIe-8840，实现多通道同步控制（时延<10μs）。

　　 软件功能：

　　– 实时调整PID参数，抑制轴向-扭转耦合振动。

　　– 自动触发停机条件（如轴向位移突增5%、扭矩下降20%）。

　　 数据输出：

　　– 生成S-N曲线（应力幅-寿命）、裂纹扩展速率da/dN，以及三维损伤演化云图。

　　4. 典型应用案例

　　1. 风电主轴疲劳：

　　– 模拟启停工况（轴向拉压±200kN + 扭转±1500Nm，频率2Hz），预测10^6次循环寿命。

　　2. 桥梁桩基抗震：

　　– 水平地震（轴向交变荷载）与车辆制动力矩（扭转）复合作用下的累积塑性变形。

　　3. 钛合金生物植入物：

　　– 体液环境中（37℃, pH=7.4）的多轴微动疲劳测试（轴向±50N，扭转±0.5°）。

　　5. 安全与校准

　　 机械保护：

　　– 液压过载保护（110%额定荷载自动卸荷），紧急气动制动。

　　 定期校准：

　　– 轴向力：JJG 621-2012（标准测力仪）。

　　– 扭矩：JJG 269-2006（标准扭矩扳手）。

　　– 位移：激光干涉仪（ISO 9513）。