1前言
　　
　　疲勞失效是構件在名義應力低于強度極限，甚至低于屈服極限的情況下，突然發生斷裂的行為。飛機、車輛和機器發生的事故中，有很大比例是零部件疲勞失效造成的。這類事故常常帶來很大的損失和傷亡，因此，材料和構件的疲勞特性引起了人們的重視。高頻疲勞試驗機主要用于測量金屬材料及構件在拉、壓或拉壓交變負荷下的疲勞性能。由于采用共振原理，它具有試驗頻率高、激振功率低的特點，被各大高校、科研院所、工廠企業所廣泛應用。本文結合廣州澳金工業GPS系列電磁諧振式高頻疲勞試驗機的基本結構，建立機械振動系統的動力學模型。通過對不同子系統固有頻率的計算分析，將三自由度振動系統簡化為單自由度振動系統，建立了相應的數學模型，并將系統的阻尼考慮進來，使該模型更準確、合理地反映試驗機的實際振動狀態。利用Inventor軟件建立了高頻疲勞試驗機的實體模型，將其導入ansysworkbench的模態分析模塊，得到該系統各階振型圖，即設備在不同試驗頻率下的振動狀態。
　　
　　2高頻疲勞試驗機振動系統動力學模型
　　
　　2.1GPS系列高頻疲勞試驗機總體結構
　　
　　高頻疲勞試驗機主機部分主要由靜態加載系統和動態加載系統組成（圖1所示）。其中靜態加載系統主要包括橫梁、立柱、底座、弓形環，該系統通過私服電機驅動一對渦輪絲杠副帶動橫梁上下運動，從而對試樣施加靜態力和調整試驗空間。動態加載系統主要由激勵電磁鐵、銜鐵、弓形環、瑪法組成，相當于一個質量-彈簧振動系統。　　2.2高頻疲勞試驗機各子系統模態分析
　　
　　幾點假設：由于弓形環在振動過程中產生較大的變形，其質量相對于本系統來說可以忽略不計，故可簡化為一彈性元件。質量很大，故可將其視為一無彈性的質量。相對系統的諧振質量和機架質量，試樣的質量很小，而其剛度相比弓形環，不可忽略，故將試樣簡化為一剛度較大的彈性元件。根據上述幾點假設，可將該振動系統分解為三個質量-彈簧系統，即電池激勵器子系統、機架子系統以及瑪法加載子系統組成（如圖2所示）。　　2.3高頻疲勞試驗機振動系統動力學分析
　　
　　高頻疲勞試驗機工作頻率在100Hz-250Hz左右，由振動學理論可知，電池激勵器子系統和機架子系統的固有頻率要遠低于系統的工作頻率，從而電磁激勵器與機架子系統在動態加載過程中可認為是靜止的，即該結論可以理解為：在激振頻率遠高于固有頻率時，質量不能跟上力的快速變化，停留在原位置不動。根據上述原則，可將高頻試驗機的動力學模型簡化為圖3所示形式，此時考慮系統阻尼的影響。
　　
　　關于系統阻尼的說明：在高頻疲勞試驗機的工作過程中，必然有阻尼的存在，如材料阻尼、相對運動阻尼等。阻尼系數是高頻疲勞試驗機較為重要的參數之一，此系數影響試樣的加載力、共振頻率等關鍵參數。　　3仿真分析
　　
　　在上述對高頻試驗機的理論建模分析中，將三自由度振動系統簡化為單自由度系統進行了理論計算，而利用現有計算機仿真技術可以更地推算和模擬設備在實際工作狀態時的振動響應特性，現利用ansysworkbench對該系統進行模態和諧響應分析。
　　
　　3.1系統模態分析
　　
　　將用inventor建立的高頻疲勞試驗機模型數據導入ansysworkbench中，并合理設置系統的邊界條件，以此對該系統進行模態分析，其結果如圖4所示。
　　
　　該系統為三自由度振動系統，存在三個主振動，而高頻疲勞試驗機是利用其
　　
　　中的第三主振動的固有頻率工作的，即激振器產生一個172Hz的激勵時，使系統在第三主振動下產生共振，此時，對試樣加載力zui大。由于系統阻尼的存在，根據之前理論推導，產生zui大加載力時的激勵頻率略低于固有頻率。　　3.2系統諧響應分析
　　
　　將激振力導入到ansys中，模擬實際設備在特定激振頻率下的系統響應特性，可以得出系統的幅頻響應特性、相頻響應特性以及系統各零件的剛度、強度等響應特性，對工程設計有一定的指導意義。
　　
　　4發展方向
　　
　　國內高頻疲勞試驗機種類很多，但主要是靜態加載系統結構形式有所差異，而動態加載部分的振動方式基本相似，即都可zui終簡化為單自由度的振動系統對試樣進行加載。由于受電磁激振器激振力的限制，很難實現大噸位高頻疲勞試驗機產品的開發設計。如何通過改進動態加載系統的振動原理，進而有效地增加共振效率，是今后電磁諧振式高頻疲勞試驗機的一個重要發展方向。