[实用新型]一种超高周水冷扭转疲劳试验装置

说明书

本实用新型提供一种超高周水冷扭转疲劳试验装置，包括超声转换器、圆柱形连杆、扭转角位移放大器、待测扭转试件、水冷循环系统、实验支座、转换器夹具，超声转换器将输入的20kHz电信号转化成相同频率的机械振动，通过与其连接的拉伸‑压缩位移放大器把纵向的机械振动放大，经过圆柱形连杆的转换，纵向位移转换为角位移，扭转角位移放大器放大这个角位移并作用于扭转试件，水冷循环系统(6)用于给测试中的待测扭转试件进行冷却。本实用新型实现引入水冷循环系统，对扭转试件进行冷却，优化放大器共振时的应力分布，用以提高机器运行周次。

技术领域

本实用新型涉及一种超高周水冷扭转疲劳试验装置，属于机械式材料测量技术领域。

背景技术

近两个世纪以来，材料的疲劳断裂问题一直困扰着工程师和研究人员。疲劳是材料受交变应力或循环应力，经过多次循环后，导致材料损坏的现象。即使在较低的应力下，疲劳也会降低材料的使用寿命并最终导致其破损或断裂。因此，了解疲劳现象并且研究疲劳损伤的规律成为了广大科学工作者的关注点。但是材料疲劳涉及到很多参数，例如机械特性(应力水平，应力性质)，冶金学(表面状态，微观结构，淬透性，非均质性如夹杂物，孔隙率，微裂纹)或环境(温度，氧化，腐蚀介质等)。参数的多样性和复杂性使得对疲劳行为的预测变得非常困难。

为了量化疲劳问题，在19世纪60年代，沃勒提出了一条曲线，被称为沃勒曲线或S-N(stress-number)曲线。该曲线展示了加载的循环应力的幅度与循环周次之间的关系。在实践层面上，由于时间和成本的原因，超出百万周次上的疲劳测试是难以用常规的疲劳试验装置来实现。目前，人们通过超声波疲劳机器来研究材料的超高周(亿周次)的疲劳。在工业领域的应用上，剪切力是一些部件的主要应力，例如航天发动机叶片，汽车轴承，减震弹簧等。这些部件的使用寿命一般超过亿周次以上。因此，如何对现有疲劳试验装置进行改进，对于材料在超高周领域的扭转疲劳的测试和研究，以便在扭转疲劳领域上预测疲劳断裂和改善材料性能，是十分重要的。

实用新型内容

为了对现有疲劳试验装置进行改进，增加冷却装置，本实用新型提出一种一种超高周水冷扭转疲劳试验装置。本实用新型的技术方案如下：

提供一种超高周水冷扭转疲劳试验装置，其特征在于：该试验装置包括超声转换器、连杆、扭转角位移放大器、待测扭转试件、水冷循环系统、实验支座、转换器夹具，转换器央具(8)垂直设置在实验支座(7)上，转换器央具夹紧超声转换器(1)，超声转换器连接拉伸-压缩位移放大器(2)，拉伸-压缩位移放大器连接连杆(3)，连杆与扭转角位移放大器(4)过盈配合，待测扭转试件(5)与扭转角位移放大器固定连接，超声转换器将输入的20kHz电信号转化成相同频率的机械振动，通过与其连接的拉伸-压缩位移放大器把纵向的机械振动放大，经过连杆的转换，纵向位移转换为角位移，扭转角位移放大器放大这个角位移并作用于扭转试件，水冷循环系统(6)用于给测试中的待测扭转试件进行冷却。

优选的，所述的水冷循环系统还包括冷却水输入管、出水管、水泵和水箱，水泵从水箱(12)内吸取冷水从冷却水输入管喷向运动中的待测扭转试件，使用后的冷水从出水管流出至水箱，循环利用。

优选的，扭转角位移放大器的大半径圆柱部分用于角位移载荷输入以接收载荷；曲面圆柱部分用于角位移载荷放大，通过渐变直径大幅度的放大位移；小半径圆柱部分用于角位移输出部分，将控制共振频率并施加新的角位移于待测扭转试件。

本实用新型相对于现有技术的有益效果：引入水冷循环系统，对扭转试件进行冷却，优化放大器共振时的应力分布，提高工作寿命和运行周次。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是水冷系统结构图；

图4是高强度金属材料的测试结果图；