一种非共振形式的高频振动裂解试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非共振形式的高频振动裂解试验装置及方法，涉及裂解试验领域，包括胀套和楔形工具头；所述胀套置于试样放置板上，胀套包括左胀套和右胀套，左胀套和右胀套通过方槽卡在楔形工具头小端的外侧；所述楔形工具头的小端与超声变幅杆的一端连接，所述超声变幅杆的另一端与超声波换能器连接，超声波换能器与超声波发生器连接。该装置及方法扩大了振幅的适用范围，与常规共振形式裂解相比，不易产生未拉而振断的现象，同时扩大了研究范围，如超声振动的频率、振幅和拉伸机速度等对金属材料裂解过程和结果影响的一般性规律。

A non resonant high frequency vibration cracking test device and method

The invention discloses a non resonant high frequency vibration cracking test device and method, which relates to the field of cracking test, including an expanding sleeve and a wedge-shaped tool head; the expanding sleeve is arranged on a sample placing plate, the expanding sleeve includes a left expanding sleeve and a right expanding sleeve, the left expanding sleeve and the right expanding sleeve are clamped on the outside of the small end of the wedge-shaped tool head through a square groove; the small end of the wedge-shaped tool head and one end of the ultrasonic luffing rod The other end of the ultrasonic horn is connected with the ultrasonic transducer, and the ultrasonic transducer is connected with the ultrasonic generator. Compared with the conventional resonant cracking, it is not easy to produce the phenomenon of vibration breaking without pulling. At the same time, it expands the research scope, such as the general rules of the influence of ultrasonic vibration frequency, amplitude and the speed of the tensile machine on the cracking process and results of metal materials.

【技术实现步骤摘要】
一种非共振形式的高频振动裂解试验装置及方法
本专利技术涉及裂解试验领域，特别涉及非共振形式的高频振动裂解实验装置及方法。
技术介绍
超声波的应用越来越广泛，已经被越来越多得适用于各种机械加工领域，但目前关于超声应用于裂解领域的研究并不多；材料进行塑性变形时,同时出现软化和硬化效应，且低振幅时随着振幅的增加，材料的变形抗力降低，此时材料的“软化机制”占据主导地位，而高振幅时振幅提高，材料的变形抗力增加，延伸率下降，此时材料的“硬化”机制占主导地位。有文献资料关于振动对裂纹扩展的研究，发现高频振动会使得物体在缺口处迅速形成应力集中，并导致物体在缺口处的快速断裂，同时削弱裂纹尖端的塑性区和残余应力对裂纹扩展的影响。姜良斌针对铝合金超声振动拉伸进行了一系列试验，研究了超声振动对材料拉伸极限的影响规律，发现振动的施加使材料的拉伸极限降低，且随着振幅的增大，超声振动对材料的软化效应、硬化效应作用都有所增强。但他所使用的试验设备最大振幅为5.39μm，无法研究较大振幅对材料性能的影响，研究结果具有一定的局限性。为了研究高频振动对材料裂解时的裂解力、断口变形量、裂纹扩展规律和断口形貌的影响，需要保证裂解装置可满足超声振幅的适应范围广、频率可调，且拉伸机速度可调。但目前现有的超声裂解试验装置均采用试样一端和超声振动装置连接，另一端使用夹具固定的形式，这样不利于超声波能量的传递，且会对装置造成损坏，而且试验时对超声的振幅控制要求较高，一旦振幅过高会导致试样直接振动，影响试验结果。
技术实现思路
本专利技术提出一种非共振形式的高频振幅裂解试验装置及方法，通过将超声变幅杆与楔形工具头螺纹连接，调节计算机系统直接控制超声的振幅和频率，保证试样不会由于振幅过高而振断，同时有效地将超声能量传递给试样，使得试验过程更加稳定、试验结果更加可靠。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种非共振形式的高频振动裂解试验装置，包括胀套和楔形工具头；所述胀套置于试样放置板上，胀套包括左胀套和右胀套，左胀套和右胀套通过方槽卡在楔形工具头小端的外侧；所述楔形工具头的小端与超声变幅杆的一端连接，所述超声变幅杆的另一端与超声波换能器连接，超声波换能器与超声波发生器连接。进一步的，所述楔形工具头设置在上固定支架内，上固定支架包括试样放置板和上固定板；所述上固定板可通过螺栓固定在支撑架上。进一步的，所述超声变幅杆一端设置在下固定支架内，下固定支架包括变幅杆固定圆板和下固定块，所述超声变幅杆穿过变幅杆固定圆板，且可随变幅杆固定圆板移动；下固定块可与拉伸试验机连接，从而带动下固定支架移动。进一步的，所述超声波发生器通过计算机控制。进一步的，裂解试验前，试样套装在胀套的外侧。进一步的，试样内侧对称开设有裂解槽，裂解槽与胀套外侧上的配合面对齐布置。进一步的，所述裂解槽，槽深0.2mm～0.8mm，角度0°～8°，曲率半径0.2mm～0.8mm。进一步的，所述楔形工具头楔角为12～16°。非共振形式的高频振动裂解试验装置的试验方法，包括如下步骤：S1、将左胀套和右胀套分别通过中间的方槽卡在楔形工具头的两侧，并置于试样放置板上，将试样通过试样中心的圆孔从楔形工具头上面的较大端面穿过，试样套装在胀套外侧，并置于试样放置板上，调整试样使得内侧的两个裂解槽与胀套的两个配合面外侧对齐；S2、计算机控制超声波发生器在超声变幅杆输出端产生频率、振动模态为径向振动、振动方向与楔形工具头运动方向相同、初相为0、振幅可调的正弦或余弦信号；S3、启动拉伸试验机，控制拉伸速度，直至试样在拉伸机和超声的共同作用下被左胀套和右胀套胀断，记录拉伸机上裂解力-位移变化曲线，选取裂解力值居中的试样的力-位移曲线进行分析；S4、关闭拉伸机，关闭超声；S5、取下试样，定义两个对称的裂解槽端点之间的弦长为L、同侧圆弧上的点与该弦最大的垂直距离为H、裂解前后L/2+H的差值为试样大头孔的变形量，并测量裂解前后定义尺寸的变形量。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过非共振形式的高频振动与拉伸机速度复合来完成材料的裂解，扩大了高频振动振幅的适用范围，与常规共振形式的裂解相比，不易产生未拉而振断的现象，同时可以扩大研究范围，如超声振动的频率、振幅和拉伸机速度等对金属材料裂解过程和结果影响的一般性规律。2、本专利技术中楔形工具头的大头端不固定，与常规的试样一端与超声装置连接另一端通过夹具固定的裂解装置相比，此方式有利于超声激振能量的传递，装置在运行中不易变形与损坏，同时可以加载较高的超声振幅，扩大研究范围。3、本专利技术可以通过使用不同的胀套来适应不同的裂解试样，同时试样的装拆也无需拆卸支架，可以适应不同尺寸的试样，且试样装拆方便。4、本专利技术装置结构紧凑、裂解方法简单、裂解过程稳定环保，且制作成本低，操作方便易维护。5.本专利技术可有效解决目前共振形式裂解装置可研究的超声振幅范围小、目前试验装置普遍采用一端固定一端连接振动方式造成的不利于超声波传递和易损害装置、裂解装置常用轴类试样在超声裂解时易出现未拉而直接振动等问题，采用非共振形式的高频振动裂解试验装置，更加有效地将超声能量传递给试样，使得试验过程更加稳定、试验结果更加可靠，同时扩大研究范围，改善试样一侧固定一侧振动的传统裂解试验的振断的试验结果，同时在楔形工具头上端面与上T型块小端面之间留有足够空间便于试样的更换，结构简单，高效节能。附图说明图1为超声裂解装置装配图；图2为胀套示意图；图3为连杆裂解试样示意图；图4为裂解试样的变形量尺寸示意图；图5为拉伸机的裂解力-位移变化曲线；图6为不同振幅下试样大头孔的变形量。附图标记如下：1-上T型块；2-上T型块固定板；3-上拉杆；4-楔形工具头；5-右胀套；6-左胀套；7-试样放置板；8-超声变幅杆；9-变幅杆固定圆板；10-变幅杆固定方板；11-下拉杆；12-换能器；13-下T型块固定板；14-下T型块；15-超声波发生器；16-计算机；17-内六角螺钉；18-变幅杆固定压板；19-试样。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，包括胀套和楔形工具头(4)；所述胀套置于试样放置板(7)上，胀套包括左胀套(6)和右胀套(5)，左胀套(6)和右胀套(5)通过方槽卡在楔形工具头(4)小端的外侧；所述楔形工具头(4)的小端与超声变幅杆(8)的一端连接，所述超声变幅杆(8)的另一端与超声波换能器(12)连接，超声波换能器(12)与超声波发生器(15)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，包括胀套和楔形工具头(4)；所述胀套置于试样放置板(7)上，胀套包括左胀套(6)和右胀套(5)，左胀套(6)和右胀套(5)通过方槽卡在楔形工具头(4)小端的外侧；所述楔形工具头(4)的小端与超声变幅杆(8)的一端连接，所述超声变幅杆(8)的另一端与超声波换能器(12)连接，超声波换能器(12)与超声波发生器(15)连接。


2.根据权利要求1所述的非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，所述楔形工具头(4)设置在上固定支架内，上固定支架包括试样放置板(7)和上固定板(2)；所述上固定板(2)可通过螺栓固定在支撑架上。


3.根据权利要求1所述的非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，所述超声变幅杆(8)一端设置在下固定支架内，下固定支架包括变幅杆固定圆板(9)和下固定块(14)，所述超声变幅杆(8)穿过变幅杆固定圆板(9)，且可随变幅杆固定圆板(9)移动；下固定块(14)可与拉伸试验机连接，从而带动下固定支架移动。


4.根据权利要求1所述的非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，所述超声波发生器(15)通过计算机(16)控制。


5.根据权利要求1所述的非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，裂解试验前，试样(19)套装在胀套的外侧。


6.根据权利要求5所述的非共振形式的高频振动裂解试验装置，其特征在于，试样(19)内侧对称开设有裂解槽，裂解槽与胀套外侧上的配合面对齐...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜银方，朱梦成，沙德利，姜文帆，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32