(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210986547.8 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 孙世伟　孙新杨　石艳霞　李忠刚　 于尚洋　王忠宇　刘子仪　 (74)专利代理 机构 哈尔滨龙 科专利代理有限公 司 23206 专利代理师 高媛 (51)Int.Cl. G01N 3/30(2006.01) G01N 3/34(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) (54)发明名称 基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装 置及其试验方法 (57)摘要 基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装 置及其试验 方法， 属于加载试验设备及方法技术 领域。 两个靶板夹具底座固定在立式摆锤冲击架 的平台上， 每个靶板支架下端与靶板夹具底座可 拆卸固接， 每个靶板支架上可拆卸固定有两个靶 板卡扣， 四个靶板卡扣呈矩阵形式设置， 每个夹 具接头一端可拆卸固定插入对应的靶板卡扣内； 每个夹具后盖两端与对应的夹具接头另一端可 拆卸固接； 试验时， 将板条状试验件两端至于两 个夹具后盖定位凹槽内， 夹具后盖与夹具前盖可 拆卸固接用于固定板条状试验件； 冲击臂一端的 圆环转动套装在立式摆锤冲击架的水平轴上， 另 一端与冲击头可拆卸固接； 刻度盘固定安装于立 式摆锤冲击架的水平轴一端。 本发 明用于板条状 试验件冲击疲劳试验。 权利要求书3页 说明书7页 附图8页 CN 115266419 A 2022.11.01 CN 115266419 A 1.一种基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 包括夹具(18)、 冲击 头(9)、 冲击臂(8)、 立式摆锤冲击架(10)及刻度盘(11)； 夹具(18)包括两个靶板夹具底座 (1)、 两个靶板支架(2)、 四个靶板卡扣(3)、 四个夹具接头(4)、 两个夹具后盖(5)及两个夹具 前盖(6)； 两个靶板夹具底座(1)平行设置并均 固定在立式摆锤冲击架(10)的平台(10 ‑2)上， 每 个靶板支架(2)下端与靶板夹具底 座(1)可拆卸固定连接， 两个靶板支架(2)并列设置， 每个 靶板支架(2)上可拆卸固定有两个靶板卡扣(3)， 两个靶板支架(2)上的四个靶板卡扣(3)呈 矩阵形式设置， 每 个夹具接 头(4)一端可拆卸固定插 入对应的靶板卡扣(3)内； 两个夹具后 盖(5)一侧表面均开有定位凹槽(5 ‑1)， 两个夹具后 盖(5)上下对应设置， 每 个夹具后盖(5)两端与对应的夹具接头(4)另一端可拆卸固定连接； 试验时， 将板条状试验 件(7)两端至于两个夹具后盖(5)定位凹槽(5 ‑1)内， 夹具后盖(5)与夹具前盖(6)可拆卸固 定连接， 将板条状试验 件(7)夹紧 固定在夹具后盖(5)与夹具 前盖(6)之间； 冲击臂(8)一端的圆环(8 ‑1)转动套装在立式摆锤冲击架(10)的水平轴(10 ‑4)上， 冲击 臂(8)另一端与冲击头(9)可拆卸固定连接， 冲击头(9)与板条状试验件(7)相对设置； 刻度 盘(11)固定安装于立式摆 锤冲击架(10)的水平轴(10 ‑4)一端。 2.根据权利要求1所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 两 个靶板夹具底座(1)结构相同， 均由底板(1 ‑1)以及两个立板(1 ‑2)组成； 两个立板(1 ‑2)平 行设置， 且均与底板(1 ‑1)上端面固定连接， 底板(1 ‑1)上位于两个立板(1 ‑2)两侧分别开有 一排螺栓孔(1 ‑3)， 靶板夹具底座(1)通过穿入螺栓孔(1 ‑3)内的螺栓与立式摆锤冲击架 (10)的平台(10 ‑2)固定连接； 两个立板(1 ‑2)上分别水平开有两个螺栓长槽一(1 ‑4)， 两个 螺栓长槽一(1 ‑4)上下并列设置， 两个立板(1 ‑2)上的四个螺栓长槽一(1 ‑4)两两对应 设置， 两个靶板支架(2)下端分别设置在对应的靶板夹具底座(1)的两个立板(1 ‑2)之间， 两个靶 板支架(2)下端分别沿水平方向设有螺栓长槽二(2 ‑1)， 两个靶板支架(2)的螺栓长槽二(2 ‑ 1)对应设置； 螺栓穿过靶板夹具底座(1)的螺栓长槽一(1 ‑4)以及靶板支架(2)的螺栓长槽 二(2‑1)， 板夹具底座(1)与靶板支 架(2)通过与螺 栓旋合连接的螺母紧 固和限位。 3.根据权利要求2所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 两 个靶板支架(2)结构相同， 外形均为直角三角形， 螺栓长槽二(2 ‑1)开设在靶板支架(2)底部 横梁上。 4.根据权利要求1所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 四 个靶板卡扣(3)结构相同， 均为直角U形槽结构， 靶板卡扣(3)内设有贯通两相对侧壁的方形 通孔(3‑1)， 靶板卡扣(3)底部设有与方形通孔(3 ‑1)相通的螺纹通孔一(3 ‑2)， 夹具接头(4) 一端插入靶板卡扣(3)的方形通孔(3 ‑1)内， 夹具接头(4)与靶板卡扣(3)通过与螺纹通孔一 (3‑2)旋合连接的顶丝固定连接， 靶板卡扣(3)的两槽侧壁上设有同轴的螺纹通孔二(3 ‑3)， 靶板卡扣(3)与靶板支 架(2)通过与螺纹通 孔二(3‑3)旋合连接的顶丝固定连接 。 5.根据权利要求1所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 夹 具后盖(5)定位凹槽(5 ‑1)的深度小于板条状试验件(7)厚度的二分之一， 定位凹槽(5 ‑1)长 度大于三 倍板条状试验 件(7)的宽度。 6.根据权利要求1所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 冲 击臂(8)由圆环(8 ‑1)、 长方管(8 ‑2)及短方管(8 ‑3)组成； 长方管(8 ‑2)两端分别与圆环(8 ‑权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115266419 A 21)外壁以及短方管(8 ‑3)外壁固定连接， 冲击头(9)连接端装在短方管(8 ‑3)内且二者通过 顶丝可拆卸固定连接 。 7.根据权利要求1所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 冲 击头(9)由高硬度和高 刚度的金属材 料制成。 8.根据权利要求1或7所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在 于： 冲击头(9)头端为半圆形、 半圆柱形、 锥形或者方 形。 9.根据权利要求1所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳试验装置， 其特征在于： 立 式摆锤冲击架(10)由立板(10 ‑1)、 平台(10 ‑2)、 支撑架(10 ‑3)及水平轴(10 ‑4)组成； 立板 (10‑1)与支撑架(10‑3)并列设置并均固定在平台(10 ‑2)上， 立板(10 ‑1)与支撑架(10‑3)的 上端之间固定连接有水平轴(10 ‑4)。 10.一种使用权利要求1 ‑9中任一权利要求所述的基于模态测试研究超低周冲击疲劳 试验装置进行冲击试验的方法， 其特 征在于： 所述方法包括以下步骤： 步骤一： 先将板条状试验件(7)夹紧固定在夹具后 盖(5)和夹具前盖(6)之间， 安装时应 该保持板条状试验件(7)放置在夹具后盖(5)的定位凹槽(5 ‑1)的中心位置； 将靶板卡扣(3) 安装在靶板支架(2)上， 在板条状试验件(7)的高度调整到合适位置后， 通过夹具接头(4)将 靶板卡扣(3)与夹具后盖(5)连接在一起， 并利用顶丝将靶板卡扣(3)固定在靶板支架(2) 上， 然后将靶板支架(2)安放在靶板夹具底座(1)上， 调整板条状试验件(7)至合适位置后， 将靶板支 架(2)与靶板 夹具底座(1)固定连接， 完成夹具的装配； 步骤二： 将安装有板条状试验件(7)的夹具固定在立式摆锤冲击架(10)的平台(10 ‑2) 上， 再将冲击头(9)可拆卸固定安装在冲击臂(8)另一端， 通过水平仪将立式摆锤冲击架 (10)调至水平； 步骤三： 将激光位移传感器(12)安放于板条状试验件(7)背对冲击头(9)一侧的测距 内， 并垂直于板条状试验件(7)， 调试调零， 将测速相机(13)安放在板条状试验件(7)一侧， 并平行于 板条状试验 件(7)， 调试调零； 步骤四： 开启摆锤冲击试验机， 摆锤冲击试验机撞击冲击头(9)， 冲击头(9)撞击板条状 试验件(7)； 通过激光位移传感器(12)测量冲击过程中板条状试验件(7)的位移振荡曲线和最大位 移， 用以表征冲击动态响应和剩余变形； 通过测速相机(13)测量冲击过程中冲击头(9)的冲击速度和回弹速度， 用以计算能量 耗散； 将冲击臂(8)和冲击头(9)移向一侧， 将高频音响放于板条状试验件(7)靠近冲击头(9) 一侧， 垂直于板条状试验件(7)， 将三维激光测振仪(14)放于板条状试验件(7)背对冲击头 (9)一侧的测距 内， 通过高频音响激振板条状试验件(7)， 通过三维激光测振仪(14)测量板 条状试验 件(7)的固有模态， 进 而获得连续冲击过程中模态变化 规律； 将板条状试验件(7)卸下， 安装到电子万能试验机(15)上， 控制载荷， 施加低于板条状 试验件(7)强度5％的载荷， 记录位移载荷曲线， 用以计算剩余刚度的变化； 将板条状试验件(7)卸下， 通过数字超声波探伤仪(16)测量板条状试验件(7)损伤情 况， 将板条状试验件(7)被冲击局 部区域细分为N个小区域， 以数字超声波探伤仪(16)测量 每个小区域的损伤情况，