《壓電驅動式高頻疲勞試驗機構設計理論與性能試驗研究》是依託吉林大學，由石要武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：壓電驅動式高頻疲勞試驗機構設計理論與性能試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：石要武
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提出以壓電體(PZT、PLZT或PMN)為驅動源構造一種新型高頻疲勞試驗機構，研究它的系統構成方法，以及在結構設計、交變載入、精度控制、頻率跟蹤等方面的基礎理論與基本技術問題，解決系統諧振與慢變參數下系統動態穩定性問題。為高頻率、小體積的壓電驅動式高頻疲勞試驗機設計與製造提供依據，為微小與硬脆材料構件、高頻受力構件疲勞性能的檢測提供一種新方法。實現壓電驅動下較高穩定性與準確性的高頻拉壓交變載入，並以數個試樣的有效性試驗為例，確認高頻疲勞檢測的可行性；試製雙晶片壓電振子式、壓電疊堆驅動式高頻疲勞試驗樣機構每種最少2台。計畫發表論文總數不少於10篇，完成博士論文2部、碩士論文2部，申報或獲得專利權兩項。
結題摘要
採用壓電振子作為驅動元件，並利用系統共振的方法，研製了適用於工作在高頻、小振幅受力工況下的微小與硬脆零部件的壓電驅動高頻疲勞試驗機（以下簡稱“壓電疲勞機”），並進行了相關的設計理論、動力學分析、仿真和樣機實測。具體工作包括：建立了圓周固支條件下圓形雙晶片壓電振子的振動模型，求解了其一階振動模態和所對應的固有頻率，並套用有限元法和實測法驗證了理論建模的合理性與求解的正確性；建立了壓電疲勞機的動力學模型，獲得了其系統的動態特性，確定了零部件參數的設計原則；按一定的結構參數建立了壓電疲勞機的實體模型與有限元模型，確定了第14階振動模態為壓電疲勞機工作的主振型，研究了壓電疲勞機主要零部件9個參數的變化對其主振型固有頻率的影響、變化規律和原因；試製了多種參數的零部件，裝配了3台樣機，改變樣機的某一重要零部件參數，分別測試樣機在六個不同驅動電壓下作用在試件上的最大動載荷，分析了樣機各個參數變化對作用在試件上的最大動載荷的影響、變化規律和原因。以材料為HT100的試件為例，套用本文製成的樣機對其進行循環特性為R=0.1的拉伸疲勞測試，工作頻率為352.4 Hz，繪製了HT100的S-N曲線，得到了其1.18×108循環周次的疲勞極限為23.049 MPa，套用掃描電鏡觀察了疲勞斷裂的HT100試件斷口形貌,分析了裂紋源、裂紋擴展以及瞬斷的微觀情況，設計製成的樣機滿足對微小與硬脆構件進行疲勞試驗所需的小幅和高頻載入、共振穩定可靠、抗干擾能力強等要求。
