[發明專利]一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法

有效

• 申請號: 201410852620.8
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104483218A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 姜峰;王寧昌;徐西鵬;言蘭
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

1.一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：包括：

1)將試樣固接在一超聲振動發生系統上，將與試樣相互作用的壓頭連接在一測力系統上；

2)移動試樣與壓頭使兩者接觸；

3)調整所述超聲振動發生系統的參數以得到所需的振動頻率f和/或振動幅值A，產生超聲振動以使壓頭與試樣發生相互作用，引起微觀尺度的高頻交變載荷；

4)利用所述測力系統檢測試樣與壓頭間力的動態變化，從而計算出試樣局部受到的交變應力；

5)觀察壓頭與試樣相互作用后不同時間點下，相互作用區域的形貌和疲勞破壞情況，得到微觀尺度下材料的疲勞強度與S-N曲線。

2.根據權利要求1所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：包括：

1)將試樣固接在一超聲振動發生系統上，將與試樣相互作用的壓頭連接在一測力系統上；

2)移動試樣與壓頭使兩者剛好接觸，通過測力系統測得接觸力達到臨界值N_crit時，認為試樣與壓頭剛好接觸；

3)調整所述超聲振動發生系統的參數以得到所需的振動頻率f和振動幅值A，產生超聲振動以使壓頭對試樣產生局部沖擊，引起微觀尺度的高頻交變載荷；

4)利用所述測力系統檢測試樣與壓頭間的交變沖擊力，從而計算出試樣局部受到的交變壓應力；

5)觀察壓頭沖擊試樣后不同時間點下，沖擊區的形貌和疲勞破壞情況，得到微觀尺度下材料的沖擊疲勞強度與S-N曲線。

3.根據權利要求2所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：所述壓頭材質為金剛石或立方氮化硼，形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R＝0.008～0.21mm，圓錐角θ＝55°～125°。

4.根據權利要求3所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：所述交變壓應力的計算方法為交變沖擊力除以接觸面積；所述接觸面積＝π(2RA-A²)。

5.根據權利要求1所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：包括：

1)將試樣固接在一超聲振動發生系統上，將與試樣相互作用的壓頭連接在一測力系統上；

2)移動試樣與壓頭使兩者接觸，在壓頭與試樣之間施加一定載荷；

3)調整所述超聲振動發生系統的參數以得到所需的振動頻率f，產生超聲振動以使壓頭與試樣間發生滑動剪切或滾動剪切，引起微觀尺度的高頻交變載荷；

4)利用所述測力系統檢測試樣與壓頭間的載荷F_n和摩擦力F_f，從而計算出試樣局部受到的交變剪應力和摩擦系數；

5)觀察壓頭與試樣相互作用后不同時間點下，相互作用區域的形貌和疲勞破壞情況，得到微觀尺度下材料的剪切疲勞強度與S-N曲線。

6.根據權利要求5所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：所述壓頭與試樣間發生滑動剪切時，該壓頭頂端為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R＝0.008～0.21mm，圓錐角θ＝55°～125°，材質為金剛石或立方氮化硼；所述壓頭與試樣間發生滾動剪切時，該壓頭頂端為滾珠，該滾珠直徑R＝0.3～9.525mm，材質為硬質合金或不銹鋼。

7.根據權利要求6所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：所述交變剪應力的計算方法為載荷F_n除以接觸面積；所述接觸面積的計算公式為π{3F_nR[(1-ν₁²)/E₁+(1-ν₂²)/E₂]}^2/3，式中的ν₁和E₁分別為試樣材料的泊松比和彈性模量、ν₂和E₂分別為壓頭與試樣接觸部分的泊松比和彈性模量；所述摩擦系數根據載荷F_n和摩擦力F_f計算。

8.根據權利要求1或2或5所述的一種微觀尺度下基于超聲振動的材料疲勞特性測試方法，其特征在于：所述試樣的材料為金屬或非金屬，該試樣用粘結劑與超聲振動發生系統相連；所述壓頭與測力系統之間采用螺紋連接。