电子疲劳试验机是一种用于测定金属、非金属材料及其构件（如零部件、结构件）在反复交变载荷（即拉力或压力）作用下的疲劳性能的精密设备。它的核心原理可以概括为：利用伺服电机产生一个可控的、周期性的力或位移，施加在试样上，模拟其在实际使用中受到的循环应力，直至试样断裂或达到预定的循环次数，从而评估其疲劳寿命和性能。

一、核心工作原理：闭环伺服控制

这是电子疲劳试验机最核心的技术。它形成了一个“检测-比较-纠正” 的实时反馈环路，确保施加在试样上的力或位移严格按照预设的波形（如正弦波、三角波、方波等）和数值进行。

工作流程如下：

设定目标值 (Setpoint)： 操作员在计算机软件上设定试验参数，例如：频率10Hz、力值振幅±10kN、波形为正弦波。

发出指令信号： 控制系统根据设定值生成一个指令电信号。

信号放大与驱动： 指令信号经过放大器放大后，驱动伺服电机旋转。

运动转换： 伺服电机的旋转运动通过精密滚珠丝杠转化为横梁的上下直线运动。

施加载荷： 横梁的运动对夹持在夹具中的试样施加拉力或压力。

实时监测： 力传感器和变形传感器（引伸计） 实时监测试样实际受到的力和产生的变形，并将这些物理量转换为电信号。

反馈与比较： 监测到的信号（反馈信号）迅速返回控制系统，与最初设定的目标值进行实时比较。

调整与纠正： 控制系统计算出目标值与反馈值之间的误差，立即调整输出给伺服电机的指令信号，以减小这个误差。

循环往复： 这个过程以极高的速度（每秒可达数千次）循环进行，从而实现对载荷的精确、稳定控制。

二、主要组成部分及其功能

主机框架： 通常为双立柱或门式结构，提供高刚性的支撑，确保受力时变形极小，保证测试精度。

伺服电机与驱动器： 动力源。提供精确控制的旋转运动和扭矩。这是“电子”一词的由来，区别于液压疲劳试验机。

精密滚珠丝杠： 将电机的旋转运动转换为横梁的精确直线运动。

伺服控制器： 系统的大脑，负责整个闭环控制的运算和指令发出。

力传感器： 安装在横梁或夹具上，用于测量施加在试样上的力值，是保证力控精度的核心部件。

变形传感器（引伸计）： 夹持在试样上，直接测量试样的微小变形（应变），是进行应变控制疲劳试验的关键。

夹具： 用于装夹不同形状的试样，如螺纹钢、板材、零部件等。

控制软件： 用户操作界面，用于设置试验参数（波形、频率、幅值、终止条件等），并实时显示数据曲线（如应力-应变曲线、S-N曲线），并生成测试报告。

三、疲劳试验的典型模式

试验机可以根据控制模式的不同，模拟不同的受力情况：

力控制 (Force Control)： 控制施加在试样上的力按照预设波形和幅值变化。这是最常见的疲劳试验模式，用于获取材料的S-N曲线（应力-寿命曲线）。

位移控制 (Displacement Control)： 控制作动器的位移（即试样的总变形）按照预设波形变化。

应变控制 (Strain Control)： 通过引伸计反馈，严格控制试样标距段的真实应变。这对于研究材料的低周疲劳和循环应力-应变响应至关重要。

四、核心输出：S-N 曲线

电子疲劳试验机最重要的测试结果之一就是绘制出材料的S-N曲线（又称沃勒曲线）。

S (Stress)： 应力幅值

N (Number of Cycles)： 循环次数

通过测试一组不同应力水平的试样，记录下每个试样在对应应力下直到断裂所经历的循环次数，然后将这些数据点绘制在坐标图上（通常X轴为循环次数N，采用对数坐标；Y轴为应力S），连接起来就得到了S-N曲线。这条曲线可以直观地展示应力水平越高，疲劳寿命越短这一规律，并用于确定材料的疲劳极限。

总结

电子疲劳试验机的原理本质是：

利用基于传感器的闭环伺服控制系统，精确地驱动机械结构，对材料或构件施加周期性载荷，从而在实验室内模拟和加速其在实际工况下的疲劳过程，最终精确测定其抗疲劳性能和寿命。

其主要优势在于：

控制精确： 闭环控制保证了载荷、变形的高精度。

清洁环保： 无需液压油，噪音小，维护相对简单。

功能强大： 可进行力、位移、应变等多种控制模式的试验。

数据丰富： 软件自动采集和分析数据，直接生成报告和曲线