[實(shí)用新型]一種超聲波疲勞試驗(yàn)中樣品分離裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920796429.4
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN210037419U
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯南;丁寧;劉瓏;李囡;田力男;王歡
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省分析測試中心
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/32
• 代理公司: 37221 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張慶騫

本公開提供了一種超聲波疲勞試驗(yàn)中樣品分離裝置，包括支撐臺，所述支撐臺上設(shè)置有殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有夾持機(jī)構(gòu)，所述夾持機(jī)構(gòu)夾持樣品下端，樣品上端固定在疲勞試驗(yàn)機(jī)的能量放大器上；所述殼體內(nèi)還設(shè)置有氣缸機(jī)構(gòu)，所述氣缸機(jī)構(gòu)包括缸筒，所述缸筒內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞與夾持機(jī)構(gòu)固定連接，所述活塞與活塞桿相連，所述活塞桿設(shè)置在桿筒內(nèi)，所述桿筒與缸筒相連通，所述桿筒上設(shè)置有通氣孔，進(jìn)入通氣孔的低溫氣體經(jīng)桿筒進(jìn)入缸筒使得低溫氣體由下而上流動冷卻樣品；在超聲波疲勞試驗(yàn)結(jié)束后，通過壓縮氣體推動活塞桿進(jìn)而推動活塞帶動夾持機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，分離樣品的上下端，直接獲得疲勞斷口的樣品。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于疲勞試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波疲勞試驗(yàn)中樣品分離裝置。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

疲勞破壞是現(xiàn)代工程構(gòu)件的主要失效形式之一，尤其是高強(qiáng)度材料的疲勞斷裂，長時間在交變載荷作用下，疲勞斷裂往往非常突然的發(fā)生，進(jìn)而容易導(dǎo)致重大災(zāi)難性事故。隨著機(jī)械設(shè)備很多關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)壽命的提高,材料超高周次范圍(10⁷～10¹⁰周次)疲勞行為的研究已經(jīng)成為工程材料研究領(lǐng)域的重要課題,特別是超聲波疲勞試驗(yàn)機(jī)的誕生,使過去不可能進(jìn)行的超高周疲勞試驗(yàn)可以在短時間內(nèi)完成,使得這一領(lǐng)域的研究近幾十年來在世界各地得到廣泛開展。常規(guī)疲勞試驗(yàn)機(jī)在頻率50Hz下進(jìn)行10⁹周次循環(huán)試驗(yàn)需要230天，超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)能以20KHz的重復(fù)頻率快速測試金屬材料的疲勞壽命，進(jìn)行10⁹周次循環(huán)試驗(yàn)只需要14h。超聲波疲勞試驗(yàn)機(jī)的基本原理相同,主要包括功率發(fā)生器、換能器以及與樣品連接的能量放大器，樣品需一端固定在能量放大器上，另一端懸空，樣品隨能量放大器振動。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行超聲波疲勞試驗(yàn)中往往存在著兩個問題：

(1)樣品在加載頻率達(dá)到一定程度后，很容易產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，對于20KHz的超聲頻率疲勞試驗(yàn)機(jī)，尤其是在高應(yīng)力試驗(yàn)條件下，短時間內(nèi)樣品就會產(chǎn)生高額熱量的累積，導(dǎo)致樣品無法共振，進(jìn)而影響試驗(yàn)的正常進(jìn)行。現(xiàn)有的解決辦法是利用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的低溫氣流通過出風(fēng)口直接對樣品產(chǎn)生過熱的中部工作段進(jìn)行冷卻，同時在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)置應(yīng)力的加載和停載間隔，緩解樣品的過熱現(xiàn)象。專利號為CN 107576559 A的中國發(fā)明專利公開了一種用于高頻疲勞試驗(yàn)中預(yù)防樣品過熱的冷的系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣儲氣罐、油水分離器、熱交換器、扇型出風(fēng)口組成，通過用液氮熱交換器，將壓縮空氣冷卻后直接作用于樣品，而且出風(fēng)口溫度可調(diào)整，適用的材料廣泛。還可在高頻感應(yīng)加熱時，對保證試驗(yàn)設(shè)定溫度的熱平衡起到很好的效果。現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)都是將低溫壓縮氣流直接作用于樣品中部，由此樣品中部工作段會受到橫向的壓應(yīng)力，影響樣品在單軸力學(xué)試驗(yàn)中的準(zhǔn)確性。

(2)部分樣品如鎂合金、40Cr等很多材料在超聲波疲勞試驗(yàn)結(jié)束后，往往在外表面或者內(nèi)部產(chǎn)生疲勞裂紋后便無法繼續(xù)共振，此時樣品中部工作段仍未發(fā)生疲勞斷裂，所以無法觀察斷口來確定疲勞點(diǎn)的位置。疲勞樣品的斷口是一對相互匹配的斷裂面，斷面一般發(fā)生在金屬組織中最薄弱的地方，記錄著有關(guān)斷裂整個過程中包括裂紋的形核和擴(kuò)展，以及環(huán)境因素對斷裂過程的影響等有用信息。對于鎂合金這樣強(qiáng)度較低的金屬材料，人力可以在兩端將其拉斷，但是對于40Cr這種抗拉強(qiáng)度較高的材料，無法通過人力將其拉斷，為了獲得疲勞斷口，只能將未分離的樣品使用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉斷后再觀察斷裂源。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了解決上述問題，本公開提供一種超聲波疲勞試驗(yàn)中樣品分離裝置，其在超聲波疲勞試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)時可以通過低溫氣體由下而上的流動冷卻樣品過熱，同時分離樣品的上下端，直接獲得疲勞斷口的樣品。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開采用如下技術(shù)方案：

一種超聲波疲勞試驗(yàn)中樣品分離裝置，包括：