高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置的製作方法

2023-10-21 06:18:42 1

專利名稱：高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及疲勞試驗裝置，具體是高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置。
背景技術：
高溫疲勞是指零件在高於材料的0. 5Tm(用絕對溫度表示的熔點)或高於再結晶溫度時受到交變應力的作用所引起的疲勞破壞。生產中有許多機裝置零件是在高溫和交變載荷作用下工作。如汽輪機、燃氣輪機的葉輪和葉片，柴油機的排氣閥等，容易產生高溫疲勞破壞。近二十多年來，國內外開展了一系列材料高溫疲勞性能的試驗研究，但是疲勞壽命限制在低周範圍和高周範圍內，這是由於受到試驗設備的限制，傳統的伺服液壓試驗機頻率只能達到ΙΟ-ΙΟΟΗζ，進行超長壽命疲勞試驗，要耗時數月甚至上年，而同樣的試驗用超聲振動加速循環應力的疲勞試驗(頻率20 KHz)則只需要十幾分鐘到數小時。近年來，基於壓電磁致伸縮原理並利用高能超聲波諧振技術建立的超聲(或壓電振動)疲勞方法開始應用於疲勞斷裂研究，其工作頻率一般在15 22 KHz0由於節省試驗時間和費用，超聲疲勞振動技術得到了很好的推廣和應用，廣泛應用在材料的超長壽命疲勞研究中。目前，用於高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗的裝置主要包括超聲波發生器、壓電陶瓷換能器、變幅杆、力口熱管、溫度控制儀以及計算機系統，由超聲波發生器將50Hz的電信號轉變為20KHz的超聲正弦波電信號輸出，再由壓電陶瓷換能器把電源提供的電信號轉變成機械振動信號，最後變幅杆把來自壓電陶瓷換能器的振動位移振幅放大至試樣所需的位移振幅，在變幅杆端部輸出縱向位移。但由於在高溫環境下，材料的力學行為很複雜，很難達到超聲疲勞試驗必需的試樣與試驗系統諧振的要求，設計難度很高，同時，溫度的偏差也可能影響試驗的精度。

實用新型內容本實用新型提供了高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，解決了以往的疲勞試驗裝置試驗精度不高、設計難度較大的問題。本實用新型為解決技術問題主要通過以下技術方案實現高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，包括依次連接的計算機系統、超聲波發生器、壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器的下端固定連接有變幅杆，所述變幅杆的輸出端連接有與變幅杆同軸的圓柱形的延長杆，所述延長杆的下方設置有帶孔的高溫箱，延長杆的一端穿過孔進入高溫箱，高溫箱與溫度控制儀相連接。計算機系統控制超聲波發生器發出超聲波信號，壓電陶瓷換能器將超聲波信號轉換成機械振動信號，變幅杆把來自壓電陶瓷換能器的振動位移振幅放大至試樣所需的位移振幅；高溫箱為試樣提高整體的環境溫度；延長杆使得變幅杆遠離了高溫箱，減小了溫度對變幅杆的影響。所述變幅杆的輸出端的橫截面與延長杆的橫截面大小相等。所述溫度控制儀上連接有熱電偶。熱電偶安裝在試樣的中間試驗部分，並實時地將試樣的中間試驗部分的溫度反饋至溫度控制儀。所述高溫箱上的孔的直徑大於延長杆的直徑。高溫箱既要給試樣提供環境溫度，同時防止高溫箱對延長杆的振動產生幹擾。本實用新型與現有技術相比具有以下優點和有益效果(1)本實用新型通過高溫箱給試樣提供整體溫度環境，避免局部加熱讓試樣內部具有複雜的溫度場，從而可以減小試樣在高溫下滿足諧振條件的設計難度。(2)本實用新型通過在試樣試驗段布置熱電偶，可以動態監測試驗段的環境溫度， 並反饋於溫度控制儀，保證試驗溫度環境為試驗設計值，從而保證試驗的精度。

圖1為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為本實用新型的連接框圖。附圖中所對應的附圖標記為1、計算機系統，2、超聲波發生器，3、壓電陶瓷換能器，4、變幅杆，5、延長杆，6、高溫箱，7、溫度控制儀，8、熱電偶，9、試樣。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。實施例如圖1所示，本實用新型包括依次連接的計算機系統1、超聲波發生器2、壓電陶瓷換能器3，壓電陶瓷換能器3的下端固定連接有變幅杆4，計算機系統1控制超聲波發生器 2發出超聲波信號，壓電陶瓷換能器3將超聲波信號轉換成機械振動信號，變幅杆4把來自壓電陶瓷換能器3的振動位移振幅放大至試樣9所需的位移振幅。本實施例的變幅杆4的輸出端連接有與變幅杆4同軸的圓柱形的延長杆5，變幅杆4的輸出端的橫截面與延長杆5的橫截面大小相等，變幅杆4的長度滿足軸向與試驗系統共振的頻率要求，從而在變幅杆4和延長杆5之間形成縱向駐波，延長杆5的下方設置有帶孔的高溫箱6，高溫箱6上的孔的直徑大於延長杆5的直徑，延長杆5的一端穿過孔進入高溫箱6，延長杆5的末端安裝試樣9，試樣9置於高溫箱6中，試樣9也滿足與試驗系統共振的頻率要求，這樣，在增加延長杆5的情況下，實現了試樣9縱向超聲振動的目的。本實施例的高溫箱6與溫度控制儀7相連接，溫度控制儀7上還連接有熱電偶8， 熱電偶8安裝在試樣9的中間試驗部分，高溫箱6為試樣9提供整體環境溫度，熱電偶8將試樣9的中間試驗部分的溫度實時地反饋給溫度控制儀7，從而保證試驗環境溫度為試驗設計值。本實用新型的工作原理為如圖2所示，首先，在計算機系統1的控制下，超聲波發生器2將50Hz的電信號轉變為20KHz的超聲正弦波信號輸出，再由壓電陶瓷換能器3把該超聲正弦波信號轉換成機械振動信號，變幅杆4把來自壓電陶瓷換能器3的振動位移振幅放大至試樣9所需的位移振幅，變幅杆4和延長杆5之間形成縱向駐波，並且波腹位於延長杆5的兩端，位於延長杆5末端的試樣9開始振動，計算機系統1記錄試樣9的振動周次； 高溫箱6為試樣9提供試驗所需的環境溫度，熱電偶8安裝在試樣9的中間試驗部分，將試樣9的中間試驗部分的溫度實時地反饋給溫度控制儀7，保證試樣9的溫度為試驗設計值。 最後，通過計算機系統1記錄的試樣9的振動周次來判斷試樣9的疲勞程度，當振動周次小於IO5時，該試樣9為低周疲勞；當振動周次為IO5IO7時，該試樣9為高周疲勞；當振動周次大於IO7次時，該試樣9為超高周疲勞。 如上所述，則能很好地實現本實用新型。
權利要求1.高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，包括依次連接的計算機系統(1)、超聲波發生器(2)、壓電陶瓷換能器(3)，壓電陶瓷換能器(3)的下端固定連接有變幅杆(4)，其特徵在於所述變幅杆(4)的輸出端連接有與變幅杆(4)同軸的圓柱形的延長杆(5)，所述延長杆(5)的下方設置有帶孔的高溫箱(6)，延長杆(5)的一端穿過孔進入高溫箱(6)，高溫箱 (6)與溫度控制儀(7)相連接。
2.根據權利要求1所述的高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，其特徵在於所述變幅杆(4)的輸出端的橫截面與延長杆(5)的橫截面大小相等。
3.根據權利要求1所述的高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，其特徵在於所述溫度控制儀(7 )上連接有熱電偶(8 )。
4.根據權利要求1所述的高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，其特徵在於所述高溫箱(6)上的孔的直徑大於延長杆(5)的直徑。
專利摘要本實用新型公開了高溫超聲振動超長壽命疲勞試驗裝置，包括依次連接的計算機系統(1)、超聲波發生器(2)、壓電陶瓷換能器(3)，壓電陶瓷換能器(3)的下端固定連接有變幅杆(4)，變幅杆(4)的輸出端連接有與變幅杆(4)同軸的圓柱形的延長杆(5)，延長杆(5)的下方設置有帶孔的高溫箱(6)，延長杆(5)的一端穿過孔進入高溫箱(6)，高溫箱(6)與溫度控制儀(7)相連接。本實用新型採用上述結構，能減小試驗設計的難度，同時獲得較高的試驗精度。
文檔編號G01N3/32GK202256076SQ201120412119
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者劉永傑, 王清遠, 田仁慧 申請人:四川大學