[實用新型]一種用于低溫超聲振動疲勞實驗的系統

有效

• 申請號: 201521102903.7
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN205229106U
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 李久楷;王清遠;劉永杰
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 王記明

技術領域

本實用新型涉及疲勞試驗設備技術領域，用于低溫環境條件下材料的疲勞性能測試，特別是涉及一種用于低溫超聲振動疲勞實驗的系統。

背景技術

由于金屬材料低溫脆性的存在，與低溫環境條件相關的機械設備、構件在低于室溫的條件下受到交變載荷作用下，很容易導致低溫疲勞破壞。在北方寒冷地區冬季最低溫度可達-30℃，在地球北極和南極冬季最低溫度可達-80℃。在生活和生產中有很多機械和裝置零部件工作在低溫環境下，如在北方運行的汽車、大型油輪、破冰船、高鐵，有的部件在設計壽命內，要承受10⁷以上的周次循環載荷，精確研究金屬材料在低溫環境條件下的超高周疲勞性能，為上述設備或部件的設計提供參考，可達到保證對應設備設計壽命下部件力學性能的可靠性和節約制造部件的材料的目的。

現有常用的傳統疲勞實驗系統加載頻率都在100Hz以下，要實現10⁹周次以上的超高周疲勞循環加載，如采用傳統的50Hz的高頻疲勞實驗機，大約需要230天的時間，在科研過程中開展10⁹以上的超高周疲勞研究，需要很大的時間和精力成本，不利于設備或部件的研發周期。

實用新型內容

現有的超聲振動疲勞試驗系統不能進行低溫環境條件下的疲勞加載準確模擬，本實用新型提供了一種用于低溫超聲振動疲勞實驗的系統。

為解決上述問題，本實用新型提供的一種用于低溫超聲振動疲勞實驗的系統通過以下技術要點來達到目的：一種用于低溫超聲振動疲勞實驗的系統，包括壓電換能器及超聲信號發生器，所述壓電換能器的電能輸入端與超聲信號發生器的交流電信號輸出端電連接，所述壓電換能器的機械振動輸出端上連接試件；

還包括低溫箱，所述低溫箱為密閉的箱體結構，試件位于所述低溫箱中，所述低溫箱中還設置有冷卻器，低溫箱的外部還設置有冷卻裝置，所述冷卻裝置通過管道與冷卻器相連；

所述冷卻器為螺旋盤管狀結構，試件的往復運動方向位于螺旋盤管狀結構的軸線上；

還包括設置于低溫箱中的對流風扇，所述對流風扇的軸線與螺旋盤管狀結構的軸線共線。

具體的，以上設置的低溫箱，用于為試件提供低溫周期振動疲勞實驗環境，設置的超聲信號發生器用于把市電或其他電力來源轉換成高頻交流電信號，壓電換能器用于將所述高頻交流電信號轉換成機械振動信號，這樣，以上機械振動信號作用于試件，可使得試件在某一低溫環境中完成周期振動疲勞實驗。這樣，本裝置相較于現有振動疲勞實驗設備，可模擬被測試試件的實際工作低溫環境，便于得到能直接反映試件在某一低溫環境下，準確的周期振動疲勞性能試驗數值或測量數值。

以上設置的冷卻器及冷卻裝置中，冷卻器作為換熱部件，用于吸收低溫箱中的熱量，冷卻裝置與冷卻器之間的管道用于循環冷流體，冷流體作為以上熱量的載體；以上熱量通過冷卻裝置與冷卻器之間的管道傳遞到冷卻裝置后，在冷卻裝置中釋放，冷流體再次進入到冷卻器中，繼續對低溫箱中環境進行降溫。

具體的，根據低溫箱中所需要的溫度值，以上冷卻器可以設置成一個蒸發器，冷卻裝置可以設置成一個冷凝器，冷卻介質采用氟利昂，即對低溫箱進行降溫采用空調的原理；根據試件的具體測試需要，若需要在低溫箱中得到一個深冷環境，冷卻器可以采用一根螺旋狀的換熱管道，即彎曲成彈簧狀的換熱管道，冷卻裝置包括降溫裝置及冷流體循環裝置，以間壁式換熱的原理，冷流體采用甲醇或乙醇，通過冷流體循環裝置強迫冷流體在冷卻器及冷卻裝置之間循環，達到可將低溫箱中溫度冷卻至零下110℃以下的目的，實現低溫箱中溫度可在室溫與極低的溫度內線性可調，作為本領域技術人員，冷卻裝置也可不包括降溫裝置，即采用注入深冷的冷流體并使冷流體循環的方案也可實現實用新型目的。

進一步的，由于試件在測試工況下，試件上各點可能產生不等速的發熱，為利于測試工況下試件上各點溫度的均勻性，使得各點的溫度盡量實驗要求的溫度，在冷卻器的軸線上設置對流風扇，以上對流風扇工作時產生的風力可實現對試件各點的強制冷卻，達到均勻試件各點溫度的目的。

進一步的，對冷卻器特定形狀的限定，同時對試件往復運動方向與冷卻器軸線位置的限定，便于實現對試件側面各點的均勻冷卻，通過對流風扇的強制對流，便于實現對試件側面各點的快速、均勻降溫，減小因為低溫箱各點散熱的不均勻性或冷卻器相對于試件的不對稱性等導致的試件各點環境溫度不均勻的程度，利于得到更準確的實驗要求溫度下試件的低溫振動疲勞性能數值。

更進一步的技術方案為：