基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置及检测方法

1.基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，包括机架、支撑旋转装置、用于带动试样轴旋转和在水平面移动的驱动及调节装置、用于带动驱动及调节装置在竖直方向移动的Z轴移动装置、用于给试样轴施加载荷的加载装置和用于采集试样轴上预制裂纹断裂扩展信息并将其进行上传的裂纹信息采集装置；所述支撑旋转装置包括电动机和活动安装于支架上、与电动机动力输出端连接的支撑轮轴，所述支撑轮轴上固定安装有一支撑轮；所述裂纹信息采集装置包括设置于试样轴上的断裂片、用于为断裂片提供激励电压并采集断裂片反馈的电位信号的无线信号传输模块和与无线信号传输模块通信的无线信号接收模块；所述驱动及调节装置包括活动安装于Z轴移动装置上的滑动结构和安装在所述Z轴移动装置上带动滑动结构在水平面移动的伺服电动缸，所述滑动结构上安装有连接在一起的电主轴和轴箱，所述轴箱的输出轴上安装有一用于装夹试样轴的液压夹头；所述试样轴的端部安装有与所述支撑轮滚动配合的试样轮；所述Z轴移动装置包括设置于机架顶部的第一伺服液压缸和至少一根设置于机架上的导向柱，所述导向柱上通过导向套活动安装有一托板，所述托板与第一伺服液压缸固定连接；所述滑动结构和伺服电动缸均安装在托板上。 2.根据权利要求1所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，所述滑动结构包括固定安装于所述托板下表面的固定板和活动安装于所述固定板下表面的滑槽内的活动板；所述活动板通过连接板与伺服电动缸连接。 3.根据权利要求1所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，所述加载装置包括设置于机架顶部的第二伺服液压缸和设置于第二伺服液压缸动力输出轴端部、用于采集试样轴上压力的载荷传感器。 4.根据权利要求1-3任一所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，还包括用于采集试样轴上预制裂纹断裂扩展信息的图像采集装置。 5.根据权利要求4所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，所述图像采集装置包括伺服电机、安装在伺服电机上的电动伸缩模块和安装于电动伸缩模块端部的CCD图像传感器。 6.根据权利要求1-3、5任一所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，还包括用于采集所述支撑轮轴转速的旋转编码器。 7.根据权利要求1-3、5任一所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置，其特征在于，所述支撑旋转装置还包括减速器，所述减速器分别与所述电动机和支撑轮轴连接。 8.一种采用权利要求1-7任一所述的基于旋转弯曲疲劳的材料损伤容限检测装置对材料损伤容限进行检测的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将试样轮压装在试样轴端部，并在试样轴上预制裂纹缺陷、粘贴断裂片和安装无线信号传输模块；b、将装配好的试样轴装夹于液压夹头上，并启动液压夹头夹紧试样轴，控制伺服电动缸伸缩带动滑动结构在水平面上移动，直至试样轴端部与加载装置接触；c、控制Z轴移动装置带动驱动及调节装置在竖直方向移动，直至试样轮与支撑轮之间的接触间隙为零；d、控制加载装置对试样轴端部施加载荷，产生向下的径向弯曲载荷，通过加载装置上传的反馈值调整加载装置施加的弯曲载荷大小；e．启动电动机和电主轴，分别驱动支撑轮相对于试样轮做纯滚动；f．在试验过程中，通过无线信号传输模块将断裂片所反映的预制裂纹扩展实时信息输送至外部的采集系统，并通过“局部电位法”分析计算式得到试样轴在设定参数下的损伤容限：式中， a 为裂纹尺寸（mm）； a r 为初始裂纹尺寸（mm）； w 为试样宽度（mm）； V 为测量的裂纹端电压（mV）； V r 为对应于 a r 的测量电压（mV）; y 0 为从裂纹面到电压测量引线的跨距（mm）。 9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，还包括采集试样轴上预制裂纹的实时图像信息，并传输至上位机，对预制裂纹的实时图像信息进行数值化处理、滤波降噪、信号增强后再进行图像二值化处理，并采用边缘提取算法对裂纹尺寸进行自动测量；通过试验过程中多次停机检测得出试样轴预制扩展速率。