[发明专利]超声波疲劳试验机以及超声波疲劳试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过超声波使试验片产生谐振来进行疲劳试验的超声波疲劳试验机以及超声波疲劳试验方法。

背景技术

一直以来，利用超声波对试验片施加振动，评价金属材料等的疲劳寿命的超声波疲劳试验是已知的。在这样的超声波疲劳试验中，例如，通过使试验片与20kHz的正弦波振动产生谐振，从而使试验片负担了重复应力。

另一方面，在超声波疲劳试验中，由于对试验片施加高频的重复载荷，因而材料的内部发热所引起的试验片的温度上升成为问题。因此，提出了一种超声波疲劳试验机，在试验中测量试验片附近的温度，在该温度成为给定值以上时，喷吹液态氮来冷却试验片(参照专利文献1)。

此外，提出了一种超声波疲劳试验机，为了抑制试验片的内部发热，进行周期性反复将超声波振动施加给试验片的加振与中止的、所谓间歇运转(参照专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP实开昭62-128350号公报

专利文献2：JP特开200717288号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在超声波疲劳试验中进行间歇运转的情况下，需要适当调整将超声波振动施加给试验片的加振时间、和为了冷却试验片而使加振暂时地停止的中止时间，以使得能够将试验片的温度上升抑制得比与材料相应的能够容许的范围低的同时，在短时间内进行对试验片施加相同次数的振动。

另一方面，因超声波振动而引起的试验片内部的发热量，根据使试验片振动的应力负荷的不同而变动。此外，即使对试验片施加相同的应力负荷，试验片内部的发热量也根据试验片的材质、表面处理等的不同而变动。而且，在为了抑制试验片的温度上升，而将间歇运转和基于冷却空气的喷吹的冷却进行了组合的情况下，根据冷却空气对试验片的喷吹方向、冷却空气的温度，试验片的冷却速度会变动。

专利文献1所记载的超声波疲劳试验机对试验片的温度进行测量，但该试验片的温度是测量根据从试验片的表面发出的热而变动的试验片附近的温度(表面温度)而得到的，并不是测量试验片内部的温度。因此，存在虽然试验片的表面温度下降了，但试验片内部的温度依然很高的状态。

而且，在现有的这种超声波疲劳试验机所进行的试验中，按照试验者通过试错而决定的加振和中止的周期来进行间歇运转，但求取用于该间歇运转的加振和中止的最佳定时的作业对于试验者而言是费事的作业。此外，有时试验者花费工夫而决定的加振和中止的定时并不一定是最佳定时。这里的最佳定时指的是在将试验片的发热量抑制得比疲劳试验中能够容许的温度上升要低，并对试验片施加相同次数的振动的情况下，试验时间成为最短的加振和中止的重复的定时。而且，在以这样的最佳定时不能进行对试验片的加振和中止的情况下，也有时疲劳试验本身以失败告终。对于这样现有的这种超声波疲劳试验机而言，考虑到根据试验片的种类、试验内容等而变动的试验中的试验片内部的温度，很难预先适当地设定用于间歇运转的加振和中止的定时。

本发明为了解决上述课题而作，其目的在于提供一种能够在试验中适当地调整间歇运转中的加振时间和中止时间的超声波疲劳试验机。

用于解决课题的手段

技术方案1所记载的发明是一种超声波疲劳试验机，其具备：振荡器，其输出使高频产生的电信号；超声波振子，其接受来自所述振荡器的电信号进行振动；喇叭，其在前端安装试验片，并将来自所述超声波振子的超声波振动放大而传递到所述试验片；和位移计，其配置于从与固定于所述喇叭的端部相反侧的所述试验片的自由端的端面隔开给定距离的位置，并测量到所述试验片的端面为止的距离，所述超声波疲劳试验机通过反复对所述试验片的加振和中止的间歇运转来进行疲劳试验，所述超声波疲劳试验机的特征在于，具备控制部，所述控制部具有内部温度推定部，并基于由所述内部温度推定部推定出的所述试验片的内部温度，对来自所述振荡器的信号输出的开始和停止进行控制，所述内部温度推定部根据由所述位移计测量出的、从所述位移计到所述试验片的端面为止的距离的变化量，来推定因超声波振动而引起的材料的内部发热所导致的所述试验片的内部温度。

技术方案2所记载的发明，是在技术方案1所记载的发明的基础上，所述内部温度推定部利用试验片材料的线膨胀系数来推定所述试验片的内部温度。