CN202256076U - 高温超声振动超长寿命疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，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）的输出端连接有与变幅杆（4）同轴的圆柱形的延长杆（5），延长杆（5）的下方设置有带孔的高温箱（6），延长杆（5）的一端穿过孔进入高温箱（6），高温箱（6）与温度控制仪（7）相连接。本实用新型采用上述结构，能减小试验设计的难度，同时获得较高的试验精度。

Description

高温超声振动超长寿命疲劳试验装置

技术领域

本实用新型涉及疲劳试验装置，具体是高温超声振动超长寿命疲劳试验装置。

背景技术

高温疲劳是指零件在高于材料的0.5Tm(用绝对温度表示的熔点)或高于再结晶温度时受到交变应力的作用所引起的疲劳破坏。生产中有许多机装置零件是在高温和交变载荷作用下工作。如汽轮机、燃气轮机的叶轮和叶片，柴油机的排气阀等，容易产生高温疲劳破坏。近二十多年来，国内外开展了一系列材料高温疲劳性能的试验研究，但是疲劳寿命限制在低周范围和高周范围内，这是由于受到试验设备的限制，传统的伺服液压试验机频率只能达到10-100Hz，进行超长寿命疲劳试验，要耗时数月甚至上年，而同样的试验用超声振动加速循环应力的疲劳试验(频率20 KHz)则只需要十几分钟到数小时。近年来，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，用于高温超声振动超长寿命疲劳试验的装置主要包括：超声波发生器、压电陶瓷换能器、变幅杆、加热管、温度控制仪以及计算机系统，由超声波发生器将50Hz的电信号转变为20KHz的超声正弦波电信号输出，再由压电陶瓷换能器把电源提供的电信号转变成机械振动信号，最后变幅杆把来自压电陶瓷换能器的振动位移振幅放大至试样所需的位移振幅，在变幅杆端部输出纵向位移。但由于在高温环境下，材料的力学行为很复杂，很难达到超声疲劳试验必需的试样与试验系统谐振的要求，设计难度很高，同时，温度的偏差也可能影响试验的精度。

实用新型内容

本实用新型提供了高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，解决了以往的疲劳试验装置试验精度不高、设计难度较大的问题。

本实用新型为解决技术问题主要通过以下技术方案实现：高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，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与变幅杆同轴的圆柱形的延长杆，所述延长杆的下方设置有带孔的高温箱，延长杆的一端穿过孔进入高温箱，高温箱与温度控制仪相连接。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试样所需的位移振幅；高温箱为试样提高整体的环境温度；延长杆使得变幅杆远离了高温箱，减小了温度对变幅杆的影响。

所述变幅杆的输出端的横截面与延长杆的横截面大小相等。

所述温度控制仪上连接有热电偶。热电偶安装在试样的中间试验部分，并实时地将试样的中间试验部分的温度反馈至温度控制仪。

所述高温箱上的孔的直径大于延长杆的直径。高温箱既要给试样提供环境温度，同时防止高温箱对延长杆的振动产生干扰。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

（1）本实用新型通过高温箱给试样提供整体温度环境，避免局部加热让试样内部具有复杂的温度场，从而可以减小试样在高温下满足谐振条件的设计难度。

（2）本实用新型通过在试样试验段布置热电偶，可以动态监测试验段的环境温度，并反馈于温度控制仪，保证试验温度环境为试验设计值，从而保证试验的精度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2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、延长杆，6、高温箱，7、温度控制仪，8、热电偶，9、试样。

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试样9所需的位移振幅。

本实施例的变幅杆4的输出端连接有与变幅杆4同轴的圆柱形的延长杆5，变幅杆4的输出端的横截面与延长杆5的横截面大小相等，变幅杆4的长度满足轴向与试验系统共振的频率要求，从而在变幅杆4和延长杆5之间形成纵向驻波，延长杆5的下方设置有带孔的高温箱6，高温箱6上的孔的直径大于延长杆5的直径，延长杆5的一端穿过孔进入高温箱6，延长杆5的末端安装试样9，试样9置于高温箱6中，试样9也满足与试验系统共振的频率要求，这样，在增加延长杆5的情况下，实现了试样9纵向超声振动的目的。

本实施例的高温箱6与温度控制仪7相连接，温度控制仪7上还连接有热电偶8，热电偶8安装在试样9的中间试验部分，高温箱6为试样9提供整体环境温度，热电偶8将试样9的中间试验部分的温度实时地反馈给温度控制仪7，从而保证试验环境温度为试验设计值。

本实用新型的工作原理为：如图2所示，首先，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试样9所需的位移振幅，变幅杆4和延长杆5之间形成纵向驻波，并且波腹位于延长杆5的两端，位于延长杆5末端的试样9开始振动，计算机系统1记录试样9的振动周次；高温箱6为试样9提供试验所需的环境温度，热电偶8安装在试样9的中间试验部分，将试样9的中间试验部分的温度实时地反馈给温度控制仪7，保证试样9的温度为试验设计值。最后，通过计算机系统1记录的试样9的振动周次来判断试样9的疲劳程度，当振动周次小于10⁵ 时，该试样9为低周疲劳；当振动周次为10⁵~10⁷时，该试样9为高周疲劳；当振动周次大于10⁷次时，该试样9为超高周疲劳。

如上所述，则能很好地实现本实用新型。

Claims (4)

1.高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，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）的输出端连接有与变幅杆（4）同轴的圆柱形的延长杆（5），所述延长杆（5）的下方设置有带孔的高温箱（6），延长杆（5）的一端穿过孔进入高温箱（6），高温箱（6）与温度控制仪（7）相连接。

2.根据权利要求1所述的高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，其特征在于：所述变幅杆（4）的输出端的横截面与延长杆（5）的横截面大小相等。

3.根据权利要求1所述的高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，其特征在于：所述温度控制仪（7）上连接有热电偶（8）。

4.根据权利要求1所述的高温超声振动超长寿命疲劳试验装置，其特征在于：所述高温箱（6）上的孔的直径大于延长杆（5）的直径。

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