一种超声疲劳试验位移放大器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声疲劳试验位移放大器，包括放大器本体，还包括多个振幅输出端，所述振幅输出端均呈柱状，且所有振幅输出端均连接在放大器本体的同一端面上，各振幅输出端均为端部与放大器本体的端面相接；多个振幅输出端分为N组，且各组中均包括多个振幅输出端，位于同一组中的振幅输出端结构、尺寸、材料相同，所述N为大于或等于1的正整数。本位移放大器可有效提高数据点获得效率，利于节约实验时间与成本，同时所得数据点还具有更准确的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种超声疲劳试验位移放大器
本技术涉及超声疲劳试验设备
，特别是涉及一种超声疲劳试验位移放大器。
技术介绍
随着科技发展以及现代化工业的需求，金属材料及其构件在运行过程中的高可靠性、寿命预测和安全防范等问题面临更加严峻的考验。研究表明即使在低应力循环载荷下，经长时间加载足以由微观组织塑性变形不可逆累积导致金属材料疲劳断裂的产生，并不存在常规疲劳试验曲线所示的“疲劳极限”。液压的大概50Hz最大了，其他如电磁或者旋转疲劳试验机可以最高达到200Hz，难以提供超过107以上的循环周次，而某些钢种直到1010个应力循环后仍会发生疲劳断裂。超声疲劳试验技术的测试频率远远超过了常规疲劳测试频率，是一种加速共振式的疲劳试验方法。它的频率范围是15~30kHz，典型的频率是20kHz，不但可以满足107以上的周次的试验需求，测得金属超高周疲劳性能，还能够节省试验的时间和能源消耗。超声疲劳试验过程中，换能器、位移放大器和试样组成一个力学振动系统。超声疲劳实验系统的主要组成部分之一位移放大器，主要用于放大来自换能器的振动位移振幅，使试样获得所需应力的振幅。超声疲劳试验机通过控制试样端部位移幅值来实现控制试样应力幅值，通过振动位移来完成疲劳试验。应力－寿命曲线（以下统称SN曲线）是以材料标准试件疲劳加载应力幅为纵坐标，以相应疲劳寿命的对数值lgN为横坐标，表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，它是金属研究中至关重要的材料疲劳性能表征图像之一。一条具有参考意义的常规的SN曲线通常需要与多个应力幅值相关的几十个数据点。而现有超声疲劳试验机的位移放大器只有一个加载头，通常一次试验只能在一个应力下做一个试样，而要得到一条常规的SN曲线所需的全部数据点，往往需要几十个次试验，对于有庞大数据需求的试验有着巨大的成本消耗。
技术实现思路
针对上述提出的现有技术中位移放大器的结构设计使得其在完成常规的SN曲线所需的全部数据点时，由于往往需要多次试验，所来的对于有庞大数据需求的试验，有着巨大的成本消耗的问题，本技术提供了一种超声疲劳试验位移放大器，本位移放大器可有效提高数据点获得效率，利于节约实验时间与成本，同时所得数据点还具有更准确的特点。本技术提供的一种超声疲劳试验位移放大器通过以下技术要点来解决问题，一种超声疲劳试验位移放大器，包括放大器本体，还包括多个振幅输出端，所述振幅输出端均呈柱状，且所有振幅输出端均连接在放大器本体的同一端面上，各振幅输出端均为端部与放大器本体的端面相接；多个振幅输出端分为N组，且各组中均包括多个振幅输出端，位于同一组中的振幅输出端结构、尺寸、材料相同，所述N为大于或等于1的正整数。现有技术中，超声疲劳试验机的位移放大器只有一个加载头，即位移放大器整体呈柱状，位移放大器的一端为与换能器相作用的连接端，另一端为与试件相作用的作用端。通常一次试验只能在一个应力下做一个试样，无法满足得到一条常规的SN曲线所需的全部数据点，这样，在获得SN曲线的过程中，所需的全部数据点往往需要与数据点个数相等次数的多次试验，对于有庞大数据需求的试验有着巨大的成本消耗，因此这种位移放大器满足超声疲劳试验需求成本巨大。本技术所设计的超声疲劳试验机用位移放大器结构简单，振幅输出端的各自由端作为与试件作用的作用端，远离振幅输出端自由端的放大器本体端部，即未连接有振幅输出端的放大器本体端部用于与换能器连接，这样，通过换能器对位移放大器加载时，单个振幅输出端均可以作用到一个单独的试件上，即同一时间可对多个单独的试件进行疲劳试验，在同一时间获得多个数据；而针对单个振幅输出端，通过对各振幅输出端的材质、形状、尺寸设计并结合放大器本体，针对对应的试件，可获得特定的放大倍率，满足了大通量批量化试验的需求，单次实验可得多种应力幅值的多个数据点，充分利用了现有实验室设备，节约了试验时间与成本：如一次加载可共计对应30个试件的测试，实验数据可直接获得超高周概率疲劳曲线（P-S-N曲线），从原来的完成该曲线（106~109）从至少一周缩减为不到1天时间；同时，由于完成疲劳加载试验振幅输出端传递应力波，这样，在进行试验过程中，各个振幅输出端之间互不干扰，利于所得数据点的准确性；同时，现有获得多个数据点的过程中，对所得数据造成误差的两个主要原因第一个是因为放大器本身的误差，第二是因为换能器输入所造成的误差，如进行重复多次相同加载应力试验时，各次加载过程中换能器输入端控制电路信号误差造成放大器振幅输出可能不同，而采用本方案，由于获得多个数据点所采用的是同次换能器输出，这样，针对同一组中的多个相同的振幅输出端，换能器对各振幅输出端加载相同，故所获得的多个数据之间不存在因为多次试验控制电路信号的差异所造成的换能器输入误差，即消除了以上所指出的第二个误差造成原因，这也是以上技术方案：多个振幅输出端分为N组，且各组中均包括多个振幅输出端，位于同一组中的振幅输出端结构、尺寸、材料相同旨在实现的目的或针对的技术问题，即使得同一组的振幅输出端具有相同的放大倍率。更进一步的技术方案为：所述N为大于或等于2的正整数，位于不同组中的振幅输出端结构和/或尺寸和/或材质不同。采用本方案，即不同组中的振幅输出端互不相同，不同组中的振幅输出端具有不同的放大倍率，这样，采用本方案进行试验时，可针对N个应力幅值，各应力幅值又可获得多个数据，以更好的满足SN曲线的数据点需求以利于提高效率、降低成本和增加数据精度。由于本放大器在工作时，发热最强的位置一般位于放大器本体与振幅输出端相接的位置，为使得本放大器使用更为可靠，即振幅输出端与放大器本体的连接点更为可靠，设置为：所述位移放大器为一体成型的一体式结构。实现本方案，可采用设置为加工本位移放大器的坯料为整体，通过机械加工获得特定尺寸及形状的位移放大器，亦可采用3D打印等技术获得所述一体式结构。为使得本位移放大器上的振幅输出端能够适应放大倍率可调，设置为：全部振幅输出端与放大器本体为可拆卸式连接关系或部分振幅输出端与放大器本体为可拆卸式连接关系。采用本方案，由于全部或部分振幅输出端与放大器本体可构成可拆卸连接关系，这样，针对不同的放大倍率需要，通过安装特定的振幅输出端，即可使得本位移放大器适应放大倍率可调。为进一步优化对放大器本体的利用率、提高本位移放大器的应力幅值可调能力，全部振幅输出端与放大器本体为可拆卸式连接关系。作为振幅输出端与放大器本体的具体连接方式，与放大器本体为可拆卸式连接关系的振幅输出端通过螺纹与放大器本体相接。作为本领域技术人员，以上螺纹可设置在振幅输出端上和放大器本体上，实现振幅输出端与放大器本体之间的直接螺纹连接；亦可通过螺栓、螺钉等，通过螺纹实现振幅输出端与放大器本体之间的间接螺纹连接。作为本领域技术人员，采用本方案，各振幅输出端的放大倍率应考虑振幅输出端与放大器本体的具体连接方式。如上所述，考虑到本放大器工作时因为发热会对本放大器造成影响，而可拆卸连接方式亦会加剧发热，为解决本问题，设置为：还包括冷却部件，所述冷却部件用于冷却振幅输出端与放大器本体相接的位置，且所述相接的位置为与放大器本体呈可拆卸连接关系的振幅输出端与放大器本体相接的位置。作为冷却部件的具体设置方式，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声疲劳试验位移放大器，包括放大器本体（1），其特征在于，还包括多个振幅输出端（2），所述振幅输出端（2）均呈柱状，且所有振幅输出端（2）均连接在放大器本体（1）的同一端面上，各振幅输出端（2）均为端部与放大器本体（1）的端面相接；多个振幅输出端（2）分为N组，且各组中均包括多个振幅输出端（2），位于同一组中的振幅输出端（2）结构、尺寸、材料相同，所述N为大于或等于1的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种超声疲劳试验位移放大器，包括放大器本体（1），其特征在于，还包括多个振幅输出端（2），所述振幅输出端（2）均呈柱状，且所有振幅输出端（2）均连接在放大器本体（1）的同一端面上，各振幅输出端（2）均为端部与放大器本体（1）的端面相接；多个振幅输出端（2）分为N组，且各组中均包括多个振幅输出端（2），位于同一组中的振幅输出端（2）结构、尺寸、材料相同，所述N为大于或等于1的正整数。2.根据权利要求1所述的一种超声疲劳试验位移放大器，其特征在于，所述N为大于或等于2的正整数，位于不同组中的振幅输出端（2）结构和/或尺寸和/或材质不同。3.根据权利要求1所述的一种超声疲劳试验位移放大器，其特征在于，所述位移放大器为一体成型的一体式结构。4.根据权利要求1所述的一种超声疲劳试验位移放大器，其特征在于，全部振幅输出端（2）与放大器本体（1）为可拆卸式连接关系或部分振幅输出端（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯钰凯，曹浩瑶，蔡培彦，刘娇龙，王宠，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川,51