专利名称：薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及疲劳试验装置，具体是薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置。
背景技术：
对于金属平板试样进行疲劳试验，日本工业标准JIS Z 2275 “金属平板平面弯曲疲劳试验方法”采用弯矩来进行试验。由于试验片的厚度很小，例如Imm或者更小，所需的弯矩必须相当小。另外，在JIS Z 2275 “金属平板平面弯曲疲劳试验方法”中，使用机械结构使试验片的两端受到弯曲作用来提供弯矩，因而试验的频率很低，比如在50Hz左右，如果进行超高周次(IO7以上)的疲劳试验需要耗时20天以上。近年来，Mason基于压电磁致伸缩原理并利用高能超声波谐振技术建立的超声(或压电振动)疲劳方法开始应用于疲劳断裂研究，其工作频率一般在15 22 kHz。由于节省试验时间和费用，超声疲劳振动技术得到了很好的推广和应用，广泛应用在材料的超长寿命疲劳研究中。目前超高周疲劳研究中多采用2种加载方式拉压疲劳(包括对称拉压和非对称拉压)和旋转弯曲疲劳。对于小尺寸试样，利用现有的超高周疲劳加载方式难以实现超声振动加载。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供了易于实现弯曲疲劳加载、试验精度更高的薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置。本实用新型为解决技术问题主要通过以下技术方案实现薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置，包括依次连接的计算机系统、超声波发生器、压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器的下端固定连接有变幅杆，所述变幅杆的输出端连接有圆柱形的箝拉杆，所述箝拉杆的上端面设置有螺杆，变幅杆的输出端设置有与螺杆相配合的螺孔。计算机系统控制超声波发生器发出超声波信号，压电陶瓷换能器将超声波信号转换成机械振动信号，变幅杆把来自压电陶瓷换能器的振动位移振幅放大至薄片试样所需的位移振幅，在变幅杆的输出端输出纵向位移；薄片试样的固定端设计成圆环状，将薄片试样套在箝拉杆的螺杆上并固定。所述变幅杆的输出端的横截面与箝拉杆的横截面大小相等。所述螺杆位于箝拉杆的中心线上。所述变幅杆的螺孔位于变幅杆的中心线上。本实用新型与现有技术相比具有以下优点和有益效果(1)由于试验片的厚度很小，所需弯矩相当小，与使用机械结构使试验片的两端受到弯曲作用来提供弯矩相比，本实用新型的变幅杆和箝拉杆之间形成纵向驻波，薄片试样的纵向与箝拉杆的纵向相垂直，试验片满足横向与试验系统共振频率要求，实现了试验片的横向超声弯曲振动的目的，这样，本实用新型的超声弯曲疲劳技术能更可靠地实现弯曲疲劳加载。(2)本实用新型操作简单，设计独特，在试验时将将薄片试样的最大弯曲拉应力从约束端转移到试样中的某个截面，减小了约束质量对试验结果的影响，保证了试验具有较高的精度。
图1为本实用新型的整体连接图；图2为本实用新型的箝拉杆的结构示意图；图3为线性截面的薄片试样的结构示意图；图4为阶梯型的薄片试样的结构示意图；图5为本实用新型的连接框图。附图中所对应的附图标记为1、计算机系统，2、超声波发生器，3、压电陶瓷换能器，4、变幅杆，5、箝拉杆，6、薄片试样，7、螺杆。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例如图1、图2、图3及图4所示，本实用新型包括依次连接的计算机系统1、超声波发生器2、压电陶瓷换能器3，压电陶瓷换能器3的下端固定连接有变幅杆4，计算机系统1控制超声波发生器2发出超声波信号，压电陶瓷换能器3将超声波信号转换成机械振动信号， 变幅杆4把来自压电陶瓷换能器3的振动位移振幅放大至薄片试样6所需的位移振幅，在变幅杆4的端部输出纵向位移。本实施例的变幅杆4的输出端连接有圆柱形的箝拉杆5，变幅杆4的输出端的横截面与箝拉杆5的横截面大小相等，箝拉杆5的上端面设置有螺杆7，螺杆7位于箝拉杆5 的中心线上，变幅杆4的输出端设置有与螺杆7相配合的螺孔，螺孔位于变幅杆4的中心线上，这样确保变幅杆4的输出与箝拉杆5的输入一致，保证了试验精度。本实用新型的工作原理为首先，将薄片试样6的固定端设计成圆环状，将薄片试样6套在箝拉杆5的螺杆7上并固定，薄片试样6的试验片段的形状为线性截面或者阶梯型截面，试验时将薄片试样6的最大弯曲拉应力从约束端转移到薄片试样6的截面上，然后按照顺序连接好试验装置，将薄片试样6套在箝拉杆5的螺杆7上，将箝拉杆5旋紧并和薄片试样6 —起固定在变幅杆4的输出端。接着，在计算机系统1的控制下，超声波发生器2 将50Hz的电信号转变为20KHz的超声正弦波信号输出，再由压电陶瓷换能器3把该超声正弦波信号转换成机械振动信号，变幅杆4把来自压电陶瓷换能器3的振动位移振幅放大至薄片试样6所需的位移振幅，并在变幅杆4的输出端输出纵向位移，变幅杆4和箝拉杆5之间形成纵向驻波，薄片试样6位于驻波的波腹位置，这样薄片试样6的最大拉应力处从约束端转移到截面上；当供给压电陶瓷换能器3的电信号电压变化时，超声振动系统中的最大位移幅值也随着变化，因此，通过改变交变电信号电压，可改变变幅杆4的振动输出截面的纵向位移幅值，进而改变薄片试样6的端部横向位移输入值及其截面上的应力幅值。在试验中，计算机系统1通过控制超声波发生器2发出的超声正弦波的电压大小，进而间接通过改变箝拉杆5的应力来实现不同弯曲应力幅下对薄片试样6的加载；在夹头部位，箝拉杆5 的输入位移和薄片试样6的输入位移相同，都等于系统的输出位移，从而可得薄片试样6的弯曲正应力σ s与箝拉杆5的拉应力ο τ之间的关系ο S=MS σ Τ/ΜΤ，其中，Mt为箝拉杆5的应力位移系数，Ms为薄片试样6的应力位移系数，Mt和Ms可以通过理论或者有限元计算方法获得，通过计算机系统1设置箝拉杆5的拉应力ο τ，可以得出试验所需的薄片试样6的弯曲正应力ο s，再通过计算机系统1记录的薄片试样6的振动周次来判断薄片试样6的疲劳程度，当振动周次小于IO5时，该薄片试样6为低周疲劳；当振动周次为IO5IO7时，该薄片试样6为高周疲劳；当振动周次大于IO7次时，该薄片试样6为超高周疲劳。 如上所述，则能很好地实现本实用新型。
权利要求1.薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置，包括依次连接的计算机系统(1)、超声波发生器(2)、压电陶瓷换能器(3)，压电陶瓷换能器(3)的下端固定连接有变幅杆(4)，其特征在于所述变幅杆(4)的输出端连接有圆柱形的箝拉杆(5)，所述箝拉杆(5)的上端面设置有螺杆(7)，变幅杆(4)的输出端设置有与螺杆(7)相配合的螺孔。
2.根据权利要求1所述的薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置，其特征在于所述变幅杆(4)的输出端的横截面与箝拉杆(5)的横截面大小相等。
3.根据权利要求1所述的薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置，其特征在于所述螺杆(7)位于箝拉杆(5)的中心线上。
4.根据权利要求1所述的薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置，其特征在于所述变幅杆(4)的螺孔位于变幅杆(4)的中心线上。
专利摘要本实用新型公开了薄片超声弯曲振动疲劳加速试验装置，包括依次连接的计算机系统(1)、超声波发生器(2)、压电陶瓷换能器(3)，压电陶瓷换能器(3)的下端固定连接有变幅杆(4)，变幅杆(4)的输出端连接有圆柱形的箝拉杆(5)，箝拉杆(5)的上端面设置有螺杆(7)，变幅杆(4)的输出端设置有与螺杆(7)相配合的螺孔。本实用新型采用上述结构，易于实现弯曲疲劳加载，同时能获得较高的试验精度。
文档编号G01N3/20GK202285002SQ201120412120
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者刘永杰, 王清远, 田仁慧 申请人:四川大学