[發明專利]高頻原位成像疲勞試驗機

在審

• 申請號: 201810304049.4
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108562506A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 吳圣川;吳正凱;宋哲;康國政;胡雅楠;劉宇杰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/38
• 分類號: G01N3/38;G01N3/04
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 張紅平

本發明涉及材料測試技術領域，具體涉及一種高頻原位成像疲勞試驗機，其包括：試驗機機體、試樣夾持機構、預置力加載機構和音圈電機。試樣夾持機構用于夾持固定試樣，試樣夾持機構包括相對設置的第一夾持組件和第二夾持組件。預置力加載機構設置于試樣夾持機構的第一夾持組件一側，用于對試樣施加預設拉壓力。音圈電機固定連接于試驗機機體，且音圈電機的作動軸連接于第二夾持組件。其通過音圈電機實現高頻作動，對試樣進行高頻疲勞，利用高能X射線對材料內部疲勞損傷進行三維成像，進而研究材料的高周乃至超高周疲勞失效機制。

技術領域

本發明涉及材料測試技術領域，具體而言，涉及一種高頻原位成像疲勞試驗機。

背景技術

材料與結構疲勞是學術和工程界長期關注的重點課題，傳統的光學顯微鏡和電子顯微鏡等方法僅能獲得材料表面疲勞裂紋，而內部氣孔、夾渣、組織等引起的三維疲勞裂紋及其耦合行為與表面完全不同。原位疲勞試驗機與先進的同步輻射X射線成像技術相結合使得科學家能夠深入到材料內部，非破壞性和原位實時地探測疲勞損傷和斷裂的過程及其演變規律。但傳統的疲勞試驗機選用步進電機作為驅動裝置，而步進電機存在效率較低、發熱大、有時會“失步”等缺點，機械傳動中存在著反向間隙、慣性作用、摩擦力影響和剛性不足等問題。并且傳統的疲勞試驗機加載頻率較低，疲勞試驗時間過長，而且同步輻射光源作為多學科大型頂尖研究裝置，用戶使用機時又有嚴格限制，目前國內外普遍開展低周疲勞試驗。

隨著科技的進步，航空、航天、高速機車等機械制造行業對機件材料的疲勞強度、疲勞壽命要求越來越高，如高速列車等現代交通工具的關鍵部件疲勞壽命普遍要達到10⁷周次及以上，航天飛行器的渦輪發動機甚至要達到10¹⁰周次。研究材料的高周和超高周疲勞失效機制意義重大，而這些也對疲勞試驗機的加載頻率和運行可靠性提出了新的要求。大載荷的低周疲勞試驗頻率在0.1-50Hz之間，而高頻試驗頻率在50-300Hz范圍之內。現有的原位成像疲勞試驗機只能進行低周疲勞試驗。

因此，亟需一種能夠進行高周和超高周疲勞的原位成像疲勞試驗機。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高頻原位成像疲勞試驗機，其能夠在對材料完成高頻疲勞試驗的同時與同步輻射光源試驗平臺良好兼容，得到材料內部的三維立體圖像，且試驗機具有結構簡單，體積小的特點。

本發明的實施例是這樣實現的：

本發明提供的一種高頻原位成像疲勞試驗機，其包括：

試驗機機體；

試樣夾持機構；用于夾持固定試樣，試樣夾持機構包括相對設置的第一夾持組件和第二夾持組件；

預置力加載機構；預置力加載機構設置于試樣夾持機構的第一夾持組件一側，用于對試樣施加預設拉壓力；

音圈電機；音圈電機固定連接于試驗機機體，且音圈電機的作動軸連接于第二夾持組件。

在本發明較佳的實施例中，上述試驗機機體包括試驗機底座和試驗機支座，試驗機底座和試驗機支座拆卸式連接，且試驗機底座和試驗機支座之間形成用于容納音圈電機的安裝腔，音圈電機的作動軸穿過試驗機支座與第二夾持組件連接。

在本發明較佳的實施例中，上述音圈電機在作動軸軸線方向的兩側設置有緩沖墊。

在本發明較佳的實施例中，上述預置力加載機構包括螺紋桿和螺紋支撐筒，螺紋支撐筒轉動連接于試驗機機體，且螺紋支撐筒套設于螺紋桿，螺紋支撐筒和螺紋桿螺紋配合，螺紋桿的一端連接于第一夾持組件。

在本發明較佳的實施例中，上述預置力加載機構還包括推力軸承，推力軸承套設于螺紋支撐筒，螺紋支撐筒通過推力軸承于試驗機機體轉動連接。