交变载荷作用下零部件的主要失效形式为疲劳破坏。目前，国内外预防疲劳破坏的主要有效手段是进行材料或者零部件的疲劳试验，测试其疲劳寿命。目前国内外现有的两大类疲劳试验机即电磁驱动型和电液伺服型，由于受系统阻抗与磁阻的限制，一般工作频率不大于200Hz，同时普遍存在振幅控制性差、共振稳定性不好、加载精度不高等问题，目前均不适用于对微小与硬脆材料零件、高频受力构件的疲劳检测。本文结合国家自然科学基金面上项目《压电驱动式高频疲劳试验机构设计理论与性能试验研究》，采用圆柱形双晶片压电振子作为驱动元件，研制了适用于工作在高频、小振幅受力工况下的微小与硬脆零部件的疲劳试验机，并进行了相关的设计理论、动力学分析建模、分析、仿真、和样机实测的研究，内容如下：建立了圆周固支条件下圆形双晶片压电振子的振动模型，求解了其一阶振动模态和相应的固有频率；求解了压电振子中心处的挠度公式；应用有限元软件对压电振子进行了模态分析；实测了压电振子的固有频率和压电振子中心的挠度；对理论和试验结果进行了比较验证了理论建模与仿真的合理性与求解的正确性。讨论了压电驱动式高频疲劳试验机的总体方案，包括激振方法设计、预置载荷调整机构设计、加载方式和试件的设计、驱动载荷的初步计算和测试系统的设计要求；对预置载荷调整机构、弹性加载器和底座这些主要部件进行了具体的设计。通过简化，建立了压电驱动式高频疲劳试验机动力学模型，并根据牛顿第二定律，建立了其机械系统的运动微分方程组，求解了稳态响应和试件受到的最大载荷；计算了压电振子的刚度、矩形板弹簧的刚度、砝码质量块的质量和试件的刚度；分析了压电驱动式疲劳试验机的谐振频率及试件受到的最大载荷与压电振子的刚度、矩形板弹簧的刚度、砝码质量块的质量和试件的刚度之间的关系。按照表5.1的结构参数建立了疲劳试验机的实体模型和有限元模型，求解了各阶模态振型和相应的固有频率，确定了第14阶振动模态为疲劳试验机工作时的主振型，其工作频率为230.4Hz；通过改变疲劳试验机的板弹簧的厚度和砝码质量块的厚度，研究了这些参数的变化对其主振型固有频率的影响，结果表明：板弹簧厚度和砝码质量块的质量增加，都会引起主振型固有频率显著地变大；验证了当其以主振型频率工作时，试件受到的载荷稳定，同时机架振幅不大；通过改变疲劳试验机的板弹簧的厚度和砝码质量块的厚度，分别测试样机在4个不同驱动电压下作用在试件上的最大动载荷，分析了样机各个变化参数变化对作用在试件上的最大动载荷的影响、变化规律和原因。由实测结果可知，施加在试件上的最大动载荷，随着弹性加载器的质量增加而变大；随着驱动电压的增大而变大。可以通过调节上述两个参数，可使试验机对试件施加不同的载荷。