路径: 主页 > GB/T > 第167页 > GB/T 25917.1-2019 | 标准编号 | GB/T 25917.1-2019 (GB/T25917.1-2019) | | 中文名称 | 单轴疲劳试验系统 第1部分：动态力校准 | | 英文名称 | Uniaxial fatigue testing systems -- Part 1: Calibration of dynamic force | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | N71 | | 国际标准分类 | 19.060; 77.040.01 | | 字数估计 | 18,125 | | 发布日期 | 2019-10-18 | | 实施日期 | 2020-05-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 25917.1-2019
Uniaxial fatigue testing systems--Part 1: Calibration of dynamic force
ICS 19.060;77.040.10
N71
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 25917-2010
单轴疲劳试验系统
第1部分:动态力校准
2019-10-18发布
2020-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和符号 1
4 一般要求 3
4.1 温度 3
4.2 动态试验系统 3
4.2.1 静态校准 3
4.2.2 频率的校准 3
4.2.3 动态力范围 3
4.2.4 加载链 4
4.2.5 DCD的安装 4
4.2.6 动态试验系统 4
4.2.7 DCD仪器 4
5 程序 4
5.1 初始检查 4
5.1.1 系统的带宽 4
5.1.2 加力的重复性 5
5.2 校准程序 6
5.2.1 DCD的静态校准 6
5.2.2 试验系统力示值的动态校准 6
6 结果的计算 7
6.1 计算DCD力和测量力的范围 7
6.2 等同试样---方法A 7
6.3 柔度包络线---方法B 7
7 报告 9
7.1 一般信息 9
7.2 动态力校准的结果 9
7.3 再校准 9
附录A(规范性附录) 用户再校准指南 10
附录B(资料性附录) 试验系统仪器带宽的估算指南 11
参考文献 12
前言
GB/T 25917《单轴疲劳试验系统》分为以下两个部分:
---第1部分:动态力校准;
---第2部分:动态校准装置用仪器。
本部分为GB/T 25917的第1部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 25917-2010《轴向加力疲劳试验机动态力校准》,与GB/T 25917-2010相比主
要技术变化如下:
---增加了方法A、方法B两种校准方法(见第1章);
---修改了术语、定义和符号(见第3章,2010年版的第3章);
---增加了静态力校准、频率校准等要求(见第4章);
---增加了方法A、方法B试验和计算方法(见第5章、第6章);
---删除了校准棒及其标定(见2010年版的第5章、第8章);
---删除了试验机性能评定和校准曲线(见2010年版的第10章、第11章);
---增加了附录 A、附录B,删除了2010年版的附录 A、附录B(见附录 A、附录B,2010年版的
附录A、附录B)。
本部分使用翻译法等同采用ISO 4965-1:2012《金属材料 单轴疲劳试验的动态力校准 第1部
分:试验系统》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 16825.1-2008 静力单轴试验机的检验 第1部分:拉力和(或)压力试验机 测力系
统的检验与校准(ISO 7500-1:2004,IDT);
---GB/T 25917.2-2019 单轴疲劳试验系统 第2部分:动态校准装置用仪器(ISO 4965-2:
2012,IDT)。
本部分做了下列编辑性修改:
---为与现有标准系列一致,将标准名称改为《单轴疲劳试验系统 第1部分:动态力校准》。
本部分由中国机械工业联合会提出。
本部分由全国试验机标准化技术委员会(SAC/TC122)归口。
本部分起草单位:中机试验装备股份有限公司、无锡市计量测试院、广州大学、深圳万测试验设备有
限公司、中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所、上海华龙测试仪器有限公司、济南鑫光
试验机制造有限公司、苏州拓博机械设备有限公司、苏州东菱振动试验仪器有限公司、吉林大学。
本部分主要起草人:王学峰、张盛海、徐忠根、安建平、田峰、卢丹、王建国、叶建荣、仝宁可、张建海、
赵宏伟。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 25917-2010。
引 言
在动态试验时,试样上的试验力(Ft)与试验系统的示值力(Fi)有着显著的差异。动态误差来源于
作用于力传感器上的惯性力和力显示系统中电子设备的动态误差。惯性力等于夹具的质量(安装在测
力传感器和试样之间)乘以它的局部加速度。因此,与如下因素有关:
a) 运动振幅;
b) 运动频率;
c) 夹具质量。
相应地,运动振幅取决于施加力的大小和试验系统的机械配置,包括加载链的柔度、试样、约束结构
和安装基础。对于一个给定的力值范围内一个给定频率,柔度值不同的组合会导致不同的运动幅度[夹
持柔度很大试样的夹具也许会向着相同夹具夹持刚性很大试样运动方向相反的方向运动(反相)]。
GB/T 25917的本部分而言,作动器的位移与施加的力位移之间是一种线性关系,使用方法A和计
算得出的修正因子,可以在施加力的1%范围内对力测量系统进行动态标定。利用方法B和两种具有
不同柔度的动态校准装置(DCD),可以在施加力的1%范围内对力测量系统进行动态标定,但条件是被
测试样的柔度在这两种DCD的柔度之间。
方法A(等同试样法)是利用具有计算生成的修正因子的DCD来对动态试验系统进行校准,在显示
力的范围内,允许修正后的误差达到10%。DCD与被测试样具有相同的柔度和质量,而且整个加载链
与实际试验的相同。在开始一系列动态试验之前,使用应变式的等同试样确定与示值力范围(ΔFi)和
试验力范围(ΔFt)有关的修正因子。这个因子可以用来对试验结果进行修正,也可以用来对试验力进
行调整,将动态误差减小到1%以下。这个修正因子依赖于测试频率,因此,要预先确定整个测试频率
的范围。
方法B(柔度包络线法)使用两个具有不同柔度的DCD,来标定使用多种形式试样的试验系统。低
柔度DCD要具有低于被测试样的柔度,而高柔度DCD要具有高于被测试样的柔度。试验系统获得一
个被测试样的关于柔度-频率的工作包络线,动态误差保持在施加力范围的1%以内。这里假设与任何
一个DCD的柔度相比,加载链的柔度很微小。如果不是这样,试验机要是有多种加载链的柔度值,就要
进行额外的校准。
单轴疲劳试验系统
第1部分:动态力校准
1 范围
GB/T 25917的本部分描述了两种如何确定一个试样在进行单轴向、正弦波形、恒定振幅试验时的
动态力范围(ΔFt)与试验系统力值显示范围(ΔFi)关系的方法(见引言)。
这些方法可使动态试验系统工作时避开系统的共振频率,适用于动态力测量误差不可知或施加力
范围预计超过1%的试验系统。
动态力测量误差是通过比较动态力试验系统所显示的力的峰值和贴有电阻应变片的动态力校准装
置(DCD)的测量值来确定。预先要对DCD的试验系统显示值进行静态校准(见5.2.1)。
方法A(等同试样方法)的动态校准仅适用于根据试样所确认的有效频率范围。一个基于频率的修
正因子适用于对动态力测量误差高达动态力范围10%时的修正。使用这个修正因子,将使实际试验中
试样动态力测量误差减小至动态力范围的1%以下的程度。
方法B(柔度包络线方法)的动态校准适用于柔度在两套DCD之间的试样的有效频率范围。因为
方法B不允许动态力测量误差超过动态力范围的1%,所以方法B没有应用修正因子。
注:附录A提供了应用本部分所描述的方法对试验机进行再校准的指南。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO 4965-2 金属材料 单轴疲劳试验动态力校准 第2部分:动态校准装置(DCD)[Metalic
ISO 7500-1 金属材料 静态单轴试验机的检验 第1部分:拉力和(或)压力试验机 测力系统
3 术语、定义和符号
下列术语、定义和符号适用于本文件。
图1给出了校准过程的示意图。
图1 GB/T 25917校准方法示意图
3.1
修正因子 correctionfactor
在同一频率下,通过DCD(ΔFDCD)确定的动态力范围与试验系统(ΔFi)显示的动态力范围的比。
3.2
对于方法A,是应变式试样的等同试样(或者对于方法B,是检测装置),它与被测试样具有相同的
质量和柔度,对于方法B,其柔度是已知的。
3.3
DCD力 DCDforce
FDCD
DCD所测得的力,在对试验机静态校准后,由iDCD计算得出。
注:见式(2)和式(3)。
3.4
DCD显示值 DCDindication
iDCD
DCD仪器的输出值。
注:DCD仪器需要预先根据电学标准进行校准,DCD仪器的显示是电学单位,如 mV或 mV/V。
3.5
DCD仪器 DCDinstrumentation
包括有应变计电桥的输出调制电路和显示器,用于连接动态校准装置的仪器。
注:动态校准装置用仪器也可以提供动态校准装置的供电电压,此时该电压是以 mV/V的比率显示动态校准装置
的输出值。
3.6
动态力范围 dynamicforcerange
ΔF
在循环条件下,力的波峰值和波谷值之差。
3.7
动态试验系统 dynamictestingsystem
由作动器、承载框架、加载链和用来进行循环试验的仪器所组成,可以显示所施加的力的波峰值和
波谷值的测试系统。
3.8
力的显示值 indicatedforce
Fi
在动态和静态条件下,由动态试验系统的力传感器测得并显示的力值,这个传感器预先要经过静态
标定。
3.9
示值误差 indicationerror
ei
试验系统装置与DCD装置所显示力范围的差值,用DCD力范围的百分比表示。
3.10
加载链 loadtrain
在动态测试系统中,除了试样/DCD以外的,在作动器和承载框架之间传递力值的全部零部件,包
括力传感器、连接器、夹具和其他固定器具。
4 一般要求
4.1 温度
对单轴疲劳试验机动态力校准时的环境温度进行记录。宜在恒定的环境温度下进行校准,在校准
时,应注意使DCD避开气流和直接的日光照射。
4.2 动态试验系统
4.2.1 静态校准
动态试验系统应按ISO 7500-1进行静态力校准,达到1级或优于1级。
4.2.2 频率的校准
除了那些由于系统共振而影响测量精度的频率点,动态试验系统要在试验所涉及的所有频率范围
内进行动态校准,详细规定见5.1.1。宜保持振幅的误差小于0.2%,对于双极型滤波器,最大试验频率
不应超过试验系统仪器带宽(参见附录B)的25%,或对于单极型滤波器,最大试验频率不应超过6%。
对被测力的信号进行滤波会直接影响被测力的动态测量精度。因此,任何滤波操作都要在动态校
准前进行。校准只对校准时使用的滤波器有效。
如果使用方法B,每一个DCD都要使用相同的频率范围。系统共振频率会导致局部区域的误差增
加。对于双DCD系统,要特别注意识别这种区域,为了避免产生过大的误差,在这些区域内不要进行
试验。
4.2.3 动态力范围
动态校准过程中的最高力示值不要超出动态试验系统静态标定的力范围,并且保持在试样预期力
值的峰值点上。动态校准力的范围还要保持在每一个DCD的动态力范围的10%至100%之间。动态
力范围有三种形式:通过零点、仅拉伸和仅压缩。仅拉伸校准在压缩试验中是无效的,反之亦然。通过
零点的校准在拉伸和压缩试验中都是有效的。ISO 4965中的这个部分要求,如果动态校准中使用单向
力范围,每一个试验频率在加力方式和作动器位移之间有一个线性关系(尽管可能不同)---证明这一
点的一个方法就是记录,然后绘制在加力期间作动器的位置,作为一个试验机的静态校准期间或之后的
施加力的函数。
注:惯性误差与加速度是成比例的,因此也和位移成比例---力和位移之间的线性关系保证了惯性误差与力是成
比例的,因此,授权整个单向力范围的校准时,可将力范围按一定比例取为常数。
如果施加力和作动器的位移之间没有一个线性关系,在对试验系统动态力校准之前应对多个动态
力范围进行校准。
波峰值和波谷值应在校准装置的工作范围内。
对于方法B,虽然两个DCD的动态力范围可以是不同的,但要使用相同的频率范围。
4.2.4 加载链
对于方法A,加载链要使用与实际动态试验中相同的固定装置和配件,DCD应与试验用的试样有
相同的质量、柔度和阻尼(也就是说它应是贴有电阻应变片的标准试样)。
对于方法B,要使用在后续试验中所用到的最大的质量进行校准,因为这样做会使由它而生的惯性
误差最大化。负载链柔度的显著变化也会影响这个动态误差。
如果用于测试试样的试验机具有不同柔度的加载链(例如,在使用高温炉时需将杆件插入),应采取
以下步骤:
---确定最小柔度DCD的柔度(C1)(这个值应从制造商获得);
---确定加载链的柔度范围(ΔC=Cmax-Cmin)(这个值可以在同一力和同一个试样下,通过测量作
动器的位移获得);
---如果ΔC >C1/10,要使用双DCD对试验机在加载链最大柔度和最小柔度校准范围内对试验
机校准。
4.2.5 DCD的安装
DCD应安装在加载链中,与实际试验试样处在相同的位置。
4.2.6 动态试验系统
动态试验系统要能够对试样进行控制和施加重复的循环力,并能读出这个循环力。典型地,集成式
或外接式的波形发生器用来向试验系统提供试验用循环波形。测量并记录所获得的试验力的范围或最
高水平。动态试验系统要能够在整个试验过程中,稳定地提供重复的最高试验力水平。在整个试验过
程中,动态试验系统所显示的波峰值和波谷值的重复性在每一循环要保持在施加力的范围1%以内。
5.1.2规定的程序用来测试是否满足此要求。
4.2.7 DCD仪器
DCD仪器应按照ISO 4965-2的要求进行校准。仪器校准时,标称激励电压和显示值要使用电压
单位,试验系统校准期间要使用标称激励电压值。对于自身能够产生激励电压并显示“mV/V”的仪器,
在对动态试验系统的力测量系统进行校准时,要使用与GB/T 25917.2中DCD仪器校准所描述的设置
相同。
5 程序
5.1 初始检查
5.1.1 系统的带宽
检查的目的是确定整个检验试验系统的频率范围。一种可以用来检查整个测量系统(机械的和电
子的影响)动态特性的技术,即使用脆性试样进行断裂测试(在位移控制下),记录下力值信号的突变。
附录B提供了计算带宽的方法,同时也给出了试验系统仪器的带宽的估算指南。
另一种能够用来确定有效频率范围的技术是完成一次频率扫描,这有助于识别那些由于显著共振
而导致误差的区域,而这些区域并不遵循一般的趋势。对每一个安装在加载链中的DCD缓慢地增加试
验频率,使循环力范围保持在一个中等的幅值水平,用连续的方式或用小步幅方式,从最小至最大增加
校准范围的试验频率。读取并记录每个试验频率下的波峰和/或波谷DCD输出值,或者是安装在加载
链中加速度计的输出值。绘制测量值的幅值---频率点图线,将这些数据点拟合成曲线,识别出偏离基
本趋势超过5%的单独的数值---这些瞬态的变化值可以表示系统的共振。如果发现任何瞬变值点,
可以通过减小试验频率的方法避开系统共振频率。频率范围的测试结果不要包含任何系统共振频率。
当用方法B时,要避开每个DCD所指示出的系统共振频率。
宜在力控制模式下进行试验频率的扫描以确保足够的控制分辨力。
为避免系统共振,试验系统要检验一个以上的试验频率范围,从而避开临界系统共振频率。在后
续的实际试验中也应避开这些临界系统共振频率。例如,从0Hz到23Hz和37Hz到100Hz来
检验试验系统,避开临界系统共振频率30Hz。然后,在23Hz至37Hz范围内不会进行试验,因为在
此频率范围的输出值显著地偏离基本趋势,说明见图2。
注1:在扫描时监测每个试验频率的波形失真会有助于识别系统的共振频率,这是一种很先进的测试方法,它可以
确定系统共振频率。如果在简单的示波器上有明显的失真显示,这显然表明试验系统没有正常工作。
注2:用来确定重点的关键频率范围的替代方法目前正在开发,包括:
在没有试样时,输入一个阶跃信号给作动器,确定试验机显示力值的快速傅里叶变换(FFT)的方法;
输入一个阶跃力信号到试样时,确定力比值的FFT的方法,用于确定有效的频率范围。
这些方法也可用于确定十字横梁位置的影响。参考文献[1]给出了进一步详细说明。
注3:另外一种方法是,在扫描频率范围时绘制力---位移曲线,可以给出存在的共振频率信息。滞后回线的面积
可能显著增加接近共振,由于高次谐波甚至可能出现8字的形状。
说明:
x---频率,单位为赫兹(Hz);
y---输出的标称值。
图2 避免共振行为的示例图
5.1.2 加力的重复性
利用自身的力测量系统获得动态试验系统加载力的重复性。动态试验系统在每一个检验频率至少
循环50次,利用力值测量系统,记录每一循环相应的波峰值和波谷值的最高水平。这些力值的最高水
平在所有的检验频率下不应超过施加力范围的1%。
5.2 校准程序
5.2.1 DCD的静态校准
5.2.1.1 按照4.2.3所确定的力值范围,用与动态试验系统显示器对比的方法来静态校准DCD,选择力
值的上限和下限,缓慢地在上下限之间循环加载至少三次,然后保持试验系统力值恒定时读取DCD示
值。在如下四个静态力值时读取DCD示值:
a) +5%力值范围的峰值力(=[p+5]);
b) -5%力值范围的峰值力(=[p-5]);
c) +5%力值范围的谷值力(=[v+5]);
d) -5%力值范围的谷值力(=[v-5])。
当动态力范围过零时[例如,拉伸(正)和压缩(负)],使用上列的最高等级。
当动态力范围仅是拉伸并且 [力范围-5%的谷值]低于零时,应使用零力值。
当动态力范围仅是压缩并且 [力范围+5%的峰值]高于零时,应使用零力值。
力显示值 DCD示值
Fi[p+5] (+5%力值范围的峰值力) iDCD[p+5]
Fi[p-5] (-5%力值范围的峰值力) iDCD[p-5]
Fi[v+5] (+5%力值范围的谷值力) iDCD[v+5]
Fi[v-5] (-5%力值范围的谷值力) iDCD[v-5]
5.2.1.2 重复5.2.1.1两次生成三组读数,然后计算出三次读数的平均值。
5.2.1.3 如果使用方法B,第二个DCD按照5.2.1.1和5.2.1.2重复操作。
5.2.1.4 对于波峰和波谷力的水平,连接相邻的两个数值点,利用5.2.1.2确定的平均值,建立DCD显
示值与动态试验系统显示值之间的静态力学关系,计算直线系数。
对峰值力:
FDCD(p)=mp·iDCD+cp (1)
式中:
mp=
Fi[p+5]-Fi[p-5]
iDCD[p+5]-iDCD[p-......
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