[發明專利]超聲振動輔助壓縮試驗機及試驗方法

在審

• 申請號: 201910012420.4
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109738284A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 李宇罡;陳東;耿繼偉;夏存娟;李險峰;汪明亮;王浩偉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

1.一種超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，包括：

基座(1)；

力值監測系統，該力值監測系統設有一安裝在基座(1)上的力傳感器(6)；

下承壓座(5)，下承壓座(5)設置于力傳感器(6)的上表面，且該下承壓座(5)的上表面用于承載被測試件(8)；

升降裝置，安裝在基座(1)上；

超聲振動系統，包括超聲控制器(13)和超聲振動裝置，超聲控制器(13)與超聲振動裝置相連，超聲振動裝置安裝在升降裝置上并位于下承壓座(5)的正上方，所述超聲振動裝置包括超聲振動發生器(3)以及超聲變幅桿(4)，超聲變幅桿(4)裝接于超聲振動發生器(3)上；

應變監測系統，該應變監測系統設有工業相機(7)；

信號采集及處理系統，與力值監測系統和應變監測系統相連。

2.如權利要求1所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，所述被測試件(8)為圓柱體，兩端面平行度公差不大于1:0.0005，圓柱面與任意端面的垂直度公差不大于3’，兩端面表面粗糙度不大于Ra0.4μm，圓柱面表面粗糙度不大于Ra0.8μm，全長內圓柱度公差不大于0.01。

3.如權利要求1所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，

所述力傳感器(6)的性能參數為：測力范圍-200KN～200KN，測力精度優于5N，可同時監測六個力分量，采樣頻率高于200KHz；

所述工業相機(7)的性能參數為：分辨率162×120～2048×1536，拍攝速度1000～300000fps，內存大于128GB。

4.如權利要求1所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，所述超聲振動發生器(3)的性能參數為：振動頻率15～45KHz，振幅范圍0～22μm。

5.如權利要求1所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，所述超聲變幅桿(4)及下承壓座(5)的端面平面度不大于0.0002mm/mm，超聲變幅桿(4)端面與下承壓座(5)端面間的平行度不大于0.0002mm/mm。

6.如權利要求1所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，升降裝置為螺旋絲杠副機構，包括：

電動馬達(9)，安裝在基座(1)上；

絲杠(10)，豎直安裝在基座(1)上；

橫梁(2)，橫梁(2)設置有螺紋孔并與絲杠(10)配合連接，超聲振動裝置安裝在該橫梁(2)上。

7.如權利要求6所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，所述電動馬達(9)的扭矩為100Nm～5000Nm；

所述橫梁(2)上、下移動的位置精度優于0.1μm，位置重復精度優于0.1μm；

所述絲杠(10)直徑為15～40mm。

8.如權利要求6所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，所述橫梁(2)、超聲振動發生器(3)、超聲變幅桿(4)、被測試件(8)、下承壓座(5)及力傳感器(6)組成的整體在橫梁(2)全行程內的同軸度優于1:0.001。

9.如權利要求1所述的超聲振動輔助壓縮試驗機，其特征在于，所述力值監測系統還包括電荷放大器和數據采集卡，該電荷放大器信號連接力傳感器(6)，數據采集卡信號連接電荷放大器。

10.一種采用權利要求1-9任意一所述的超聲振動輔助壓縮試驗機的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

將被測試件(8)置于下承壓座(5)上表面；

調整升降裝置，使超聲變幅桿(4)的底端靠近被測試件(8)上表面；

通過力值監測系統和應變監測系統監測被測試件(8)上的力值和應變值；

啟動升降裝置，升降裝置帶動超聲振動裝置勻速下移，實現被測試件(8)靜態壓縮；

當被測試件(8)發生屈服后，啟動超聲振動裝置，使超聲振動與靜態壓縮疊加，實現被測試件(8)超聲輔助壓縮；

通過力值監測系統和應變監測系統獲得被測試件(8)超聲輔助壓縮過程中的力和應變數據。