绳疲劳损伤测试系统仿真计算与试验研究

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中图分类号 ：TH87 文献标识码 ：B doi：10.3969/j.issn。1674-3407.2013.O1.012Simulation and Experimental Study onRope Fatigue Damage Testing SystemJiang Donglin ，Shao Liying ，Wang Haiquan ，Fan Xiaowang ，Xu Tai ，Wei Renjie(1.Changchun Research Institute for Mechanical Science Co.，Ltd。

Changchun 130012，Jilin，China；2.Department of Aviation Mechanical Engineering，Aviation University of Air Force，Changchun 130022，Jilin，China)Abstract：The structure and the working principle of rope fatigue damage testing system are de-scribed in this article，and the force analysis of the sample is studied.The corresponding test andsimulation of the rope fatigue damage testing system have been done by the virtual platform.Thesimilarities and differences between simulation results and experimental results are analyzed。

Keywords：fatigue；simulation；test引 口绳类材料是-类特殊的材料 ，它只能承受拉力，不能承受压力。绳类材料的应用非常广泛 ，几乎涉及到生产生活的各个领域。随着当今材料科学的发展，新的绳类材料层出不穷。绳疲劳损伤测试系统能够测定出绳类材料的动态、静态性能，特别是动态非线性特性。本文对绳疲劳损伤测试系统的结构、原理加以说明，研究被测试样的受力情况，应用虚拟平台对绳疲劳损伤测试系统做仿真计算与试验研究。

2 绳疲劳损伤测试系统2.1 系统原理如图 1所示，绳疲劳损伤测试系统主要是利用机电技术完成绳类的拉伸疲劳试验，系统主要由两部分组成 ：动态加载单元和静态加载单元 。动态加载单元主要由变频电机、减速器、偏心轮及支架、夹具等组成 。动态加载单元在试样已经加载-个恒定的均值后 ，启动电机 ，驱动偏心轮，再施加-个非线性动态载荷。静态加载单元主要由丝杠、驱动电、支架等组成，由电机驱动丝杠对试样预加载-个静态载荷。该系统还可以做恒力保持试验。

1.静态加载单元 2.试样 3.动态加载单元图 1 系统结构示意图[收稿日期] 2O12～12-28[作者简介] 蒋东霖(1979-)，男，硕士，高级工程师，主要从事机械系统设计和理论研究工作。

· 38 ·蒋东霖，等：绳疲劳损伤测试系统仿真计算与试验研究2.2 试件受力分析如图 2所示，假定某 时刻运动状态为 A B 0，此时0lB 为偏心距，设定为6；线段A B 为连杆长度，设定为a；偏心轮旋转角度为 ；A C1为试样长度。当系统运行到状态 A。B。0时，偏心距和连杆长度保持不变，即 OB 为偏心距长 6，A B 为连杆长 a，偏心轮旋转角度为 ；A。C2为试样长度，C1 为静态加载单元的位移量，则从状态 A。B 0运动到状态 A B：0，试样的变形增量为 A A C1 C2，设定试样 的弹性刚度为 k，试 样 所 受 拉 力 增 量 为 F-k(bcos0/n。-62sine -bcos02-/n -6 sin202C1 )。

图 2 系统运动示意 图3 试验与仿真 - - -OC图 3为通过试验得 出的结果图，即实 际测得的试样所受拉力随时间的变化曲线。图中横坐标为时间，单位为 S，纵坐标为冲击力，单位为 N。试验时，偏心距取 2mm。试验过程中，首先静态加载单元快速加载，当拉力达到设定值 4400N时，动态加载单元开始工作，同时静态加载单元加载速度减慢。当控制系统计算加载均值达到 4800N时，动态加载单元保持恒频率工作，而静态加载单元保持加载均值在误差允许范围内微量调整。

图 3 试验结果 图图 4为模拟计算的结果图，即试样所受拉力随时间的变化曲线。图中横坐标为时间，单位为 S，纵坐标为试样所受拉力，单位为 N。仿真计算应用虚拟平台，采用动力学求解器，忽略所有零部件的变形，认为是刚性体。由于试验时间很长，为了减衅算量，缩短整个调整过程的时间，设定整个仿真计算时间为 8s，共迭代 8000次，误差为 1.0e-003]。

图 4 模拟计算结果 图如 图 3、图 4所示 ，力随时间的变化趋势是-致的，模拟的结果与实际之间是比较接近的。图 4中，前 4s时间内，静态加载单元快速加载；4s～6s时间内，静态加载单元缓慢加载，同时动态加载单元恒频率加载；6s～8s时间内，静态加载单元保持位置不变，动态加载单元保持恒频率工作，最终均值保持在4800N，最大值 5500N，最小值 4100N。

而从图 3中看出，进入周期性动态加载阶段后，还会出现-定的波动，这是因为试样是编织加工的，空隙比较大，随着负荷的增大 ，试样 的拉伸刚度不是恒定的，再加上主机各机件之间有间隙，而且各机件不是刚性体 ，随载荷变化 ，有微量 的弹性变形 ，电机输 出扭矩也是有微量变化 的。

4 结束语本文介绍了绳疲劳损伤测试系统的整体结构、工作原理，研究了被测试样的受力情况，进行了具体的试验研究 ，并参照试验结果 ，根据多刚体动力学理论，利用虚拟仿真平台对绳疲劳损伤测试系统做了仿真计算，比较分析了仿真计算结果和试验结果的异同点，为设计类似结构系统打下基矗