CN203745426U - 超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，包括超声波发射器（2）、压电换能器（3）、位移放大器（4）、延长杆（5）、腐蚀箱（6）及水泵（7），其中，超声波发射器（2）和位移放大器（4）均与压电换能器（3）连接，延长杆（5）构成圆柱状，延长杆（5）上端连接于位移放大器（4）下端，其下端与设于腐蚀箱（6）内且位于腐蚀液上方的试样（10）连接，腐蚀箱（6）内固定有正对试样（10）的喷头（9），水泵（7）进口端设于腐蚀箱（6）底部且与腐蚀箱（6）内部接通，其出口端与喷头（9）连接。本实用新型采用上述结构，整体结构简单，便于实现，本实用新型应用时操作便捷，能减少实验耗时，并能提高实验精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及疲劳实验领域，具体是超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置。
背景技术
化工设备中许多工作在腐蚀环境中的金属材料构件同时会承受着交变载荷的作用，与惰性环境中承受交变载荷的情况相比，交变载荷与侵蚀性环境的联合作用往往会显著降低构件疲劳性能，这种疲劳损伤现象称为腐蚀疲劳。从1917年首次提出腐蚀疲劳现象开始，针对这一现象国内外已开展了近百年的实验研究工作，但是由于受到实验设备的限制，传统的伺服液压实验机频率只能达到10-100Hz，进行超长寿命（大于1千万周次）疲劳实验，要耗时数月甚至上年，因而现今很少有开展超长疲劳腐蚀寿命性能方面的实验研究工作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种进行超长寿命腐蚀疲劳实验时实验精度高、操作便利、且耗时少的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置。
本实用新型解决上述技术问题主要通过以下技术方案实现：超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，包括超声波发射器、压电换能器、位移放大器、延长杆、腐蚀箱及水泵，所述超声波发射器和位移放大器均与压电换能器连接，所述延长杆构成圆柱状，延长杆上端连接于位移放大器下端，其下端与设于腐蚀箱内且位于腐蚀液上方的试样连接，所述腐蚀箱内固定有正对试样的喷头，所述水泵进口端设于腐蚀箱底部且与腐蚀箱内部接通，其出口端与喷头连接。本实用新型应用时，由超声波发射器将50Hz的电信号转变为20KHz的超声波正弦电信号输出，再由压电换能器将电信号转变为机械振动信号，最后由位移放大器把来自压电换能器的振动位移振幅放大至试样所需的位移振幅，延长杆使得位移放大器远离腐蚀箱，防止腐蚀液对位移放大器的腐蚀影响，而水泵抽取腐蚀箱内的腐蚀液并经喷头喷向试样。
进一步的，所述位移放大器采用上大下小的变幅杆，所述延长杆与变幅杆同轴设置，且变幅杆下端的端面面积与延长杆的横截面面积大小相等。若延长杆横截面面积大于变幅杆下端的端面面积，会导致延长杆上端的输入位移分布不均匀；在相同的端面位移输入情况下，应力会随着截面积的减小而增大，应力增大会增大延长杆的温升现象，而温度变化会影响材料的弹性模量，从而影响延长杆的谐振频率。因此，本实用新型限定变幅杆下端的端面面积与延长杆的横截面面积大小相等为最优选择。本实用新型的变幅杆两端的位移值比例跟两端的截面积相关，面积大的一端位移小，面积小的一端位移大，所以变幅杆的放大原理是在满足谐振的情况下通过缩小变幅杆的截面面积来增大位移输出量。
因本实用新型应用时延长杆可能会与腐蚀液接触，因此，延长杆最好采用耐腐蚀性能好、发热效率低的材料制成。进一步的，所述延长杆采用钛合金材料制造。
进一步的，所述腐蚀箱包括箱体和盖板，箱体上端开口，盖板与箱体连接且封闭箱体的上端开口，腐蚀箱的盖板上设有孔径大于延长杆直径的贯穿孔，所述延长杆穿过该贯穿孔。本实用新型的腐蚀箱包括箱体和盖板，在盖板的作用下，能避免喷向试样的腐蚀液飞溅到腐蚀箱外，而设置孔径大于延长杆直径的贯穿孔能防止腐蚀箱对延长杆的振动产生干扰。
为了保证向试样的实验段喷射的腐蚀液均匀分布，进一步的，所述喷头的数量为两个，两个喷头分别位于试样相对两侧。
进一步的，所述水泵连接有流速控制仪。其中，流速控制仪控制水泵的运行功率，从而保证实验环境为实验设计液体流动值。
进一步的，超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，还包括计算机系统，所述计算机系统与超声波发生器连接。本实用新型应用时，超声波发射器的工作可由计算机系统进行控制，而试样振动周次可由计算机系统进行记录，如此，使本实用新型应用时更便于智能化控制和管理。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型包括超声波发射器、压电换能器、位移放大器、延长杆、腐蚀箱及水泵，整体结构简单，便于实现，本实用新型应用时，便于对试样的振动和腐蚀条件进行控制，能提高实验精度，操作便捷，而在超声波发射器的和位移放大器的作用下，能加速试样的振动，进而能减小实验的耗时。
（2）本实用新型应用时超声波在试样的自由端面反射后反馈给本实用新型的实验系统，因波的反射和透射与介质密度有关，在空气环境中，由于空气密度较小，可以认为波在试样自由端完全反射回去，如果试样浸泡在液体里，波就会通过试样自由端面（也就是试样与液体的交界面）透射一部分到液体里，同时波的反射也会受到影响，这样就导致反射波与入射波不能形成回路，反射波与入射波相互干涉，从而影响试验的稳定性和可靠性。因此，本实用新型的试样设于腐蚀液上方，能避免超声波产生透射现象，避免因试样在腐蚀环境中存在的谐振加载的不稳定性，能进一步提高实验精度。
（3）本实用新型应用时腐蚀液在水泵的作用下循环流动，从而能防止腐蚀液静态沉淀产生浓度的不均匀分布情况。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。
附图中附图标记所对应的名称为：1、计算机系统，2、超声波发射器，3、压电换能器，4、位移放大器，5、延长杆，6、腐蚀箱，7、水泵，8、流速控制仪，9、喷头，10、试样。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，包括超声波发射器2、压电换能器3、位移放大器4、延长杆5、腐蚀箱6及水泵7，其中，超声波发射器2、压电换能器3及位移放大器4依次连接，延长杆5采用钛合金材料制造，其构成圆柱状，延长杆5上端连接于位移放大器4下端，其下端与设于腐蚀箱6内且位于腐蚀液上方的试样10连接，腐蚀箱6内固定有正对试样10的喷头9，本实施例中喷头9的数量为两个，两个喷头9分别位于试样10相对两侧。本实施例中水泵7进口端设于腐蚀箱6底部且与腐蚀箱6内部接通，其出口端与喷头9连接。
本实施例应用时，超声波发射器2将50Hz的电信号转变为20KHz的超声正弦波信号输出，再由压电换能器3把该超声正弦波信号转换成机械振动信号，位移放大器4把来自压电换能器3的振动位移振幅放大至试样10所需的位移振幅，位移放大器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下端的试样10开始振动。腐蚀箱6内存放实验所需的腐蚀液体，喷头9正对试样10的中间部分，导引腐蚀液体对试样10的中间试验部分进行喷注，提供腐蚀液体环境。最后，记录的试样10的振动周次来判断试样10的疲劳程度，当振动周次小于105 时，该试样10为低周疲劳；当振动周次为105~107时，该试样10为高周疲劳；当振动周次大于107次时，该试样10为超高周疲劳。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的位移放大器4采用上大下小的变幅杆，延长杆5与变幅杆同轴设置，且变幅杆下端的端面面积与延长杆5的横截面面积大小相等。
实施例3：
为了防止腐蚀液溅射和腐蚀箱对延长杆5振动造成影响，本实施在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的腐蚀箱6包括箱体和盖板，箱体上端开口，盖板与箱体连接且封闭箱体的上端开口，腐蚀箱6的盖板上设有孔径大于延长杆5直径的贯穿孔，延长杆5穿过该贯穿孔。
实施例4：
为了提高控制精度，本实施例在实施例1～实施例3中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的水泵7连接有流速控制仪8，在本实施例应用时由流速控制仪8对水泵7抽动的液体流速进行控制。
实施例5：
本实施例在实施例1～实施例4中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括计算机系统1，其中，计算机系统1与超声波发生器2连接。本实施例应用时，由计算机系统1对超声波发射器2进行控制，并由计算机系统1记录试样10的振动周次，如此，使本实施例应用时更能智能化控制和管理。
如上所述，可较好的实现本实用新型。
Claims (7)
1.超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：包括超声波发射器（2）、压电换能器（3）、位移放大器（4）、延长杆（5）、腐蚀箱（6）及水泵（7），所述超声波发射器（2）和位移放大器（4）均与压电换能器（3）连接，所述延长杆（5）构成圆柱状，延长杆（5）上端连接于位移放大器（4）下端，其下端与设于腐蚀箱（6）内且位于腐蚀液上方的试样（10）连接，所述腐蚀箱（6）内固定有正对试样（10）的喷头（9），所述水泵（7）进口端设于腐蚀箱（6）底部且与腐蚀箱（6）内部接通，其出口端与喷头（9）连接。
2.根据权利要求1所述的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：所述位移放大器（4）采用上大下小的变幅杆，所述延长杆（5）与变幅杆同轴设置，且变幅杆下端的端面面积与延长杆（5）的横截面面积大小相等。
3.根据权利要求1所述的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：所述延长杆（5）采用钛合金材料制造。
4.根据权利要求1所述的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：所述腐蚀箱（6）包括箱体和盖板，箱体上端开口，盖板与箱体连接且封闭箱体的上端开口，腐蚀箱（6）的盖板上设有孔径大于延长杆（5）直径的贯穿孔，所述延长杆（5）穿过该贯穿孔。
5.根据权利要求1所述的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：所述喷头（9）的数量为两个，两个喷头（9）分别位于试样（10）相对两侧。
6.根据权利要求1所述的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：所述水泵（7）连接有流速控制仪（8）。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的超声加速振动超长寿命腐蚀疲劳实验装置，其特征在于：还包括计算机系统（1），所述计算机系统（1）与超声波发生器（2）连接。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483210A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-01 | 华侨大学 | 一种磨粒剪切疲劳测试设备 |
| CN106092792A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-11-09 | 四川大学 | 一种应用于超声加速疲劳试验的生理环境模拟装置 |
| CN106442291A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-22 | 中国石油大学(华东) | 一种基于bp神经网络的腐蚀疲劳寿命预测方法及应用 |
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