超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，包括超聲波發(fā)射器（2）、壓電換能器（3）、位移放大器（4）、延長桿（5）、腐蝕箱（6）及水泵（7），其中，超聲波發(fā)射器（2）和位移放大器（4）均與壓電換能器（3）連接，延長桿（5）構(gòu)成圓柱狀，延長桿（5）上端連接于位移放大器（4）下端，其下端與設(shè)于腐蝕箱（6）內(nèi)且位于腐蝕液上方的試樣（10）連接，腐蝕箱（6）內(nèi)固定有正對試樣（10）的噴頭（9），水泵（7）進口端設(shè)于腐蝕箱（6）底部且與腐蝕箱（6）內(nèi)部接通，其出口端與噴頭（9）連接。本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)，本實用新型應(yīng)用時操作便捷，能減少實驗耗時，并能提高實驗精度。
【專利說明】超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及疲勞實驗領(lǐng)域，具體是超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]化工設(shè)備中許多工作在腐蝕環(huán)境中的金屬材料構(gòu)件同時會承受著交變載荷的作用，與惰性環(huán)境中承受交變載荷的情況相比，交變載荷與侵蝕性環(huán)境的聯(lián)合作用往往會顯著降低構(gòu)件疲勞性能，這種疲勞損傷現(xiàn)象稱為腐蝕疲勞。從1917年首次提出腐蝕疲勞現(xiàn)象開始，針對這一現(xiàn)象國內(nèi)外已開展了近百年的實驗研究工作，但是由于受到實驗設(shè)備的限制，傳統(tǒng)的伺服液壓實驗機頻率只能達到lO-lOOHz，進行超長壽命(大于I千萬周次)疲勞實驗，要耗時數(shù)月甚至上年，因而現(xiàn)今很少有開展超長疲勞腐蝕壽命性能方面的實驗研究工作。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種進行超長壽命腐蝕疲勞實驗時實驗精度高、操作便利、且耗時少的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置。
[0004]本實用新型解決上述技術(shù)問題主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，包括超聲波發(fā)射器、壓電換能器、位移放大器、延長桿、腐蝕箱及水泵，所述超聲波發(fā)射器和位移放大器均與壓電換能器連接，所述延長桿構(gòu)成圓柱狀，延長桿上端連接于位移放大器下端，其下端與設(shè)于腐蝕箱內(nèi)且位于腐蝕液上方的試樣連接，所述腐蝕箱內(nèi)固定有正對試樣的噴頭,所述水泵進口端設(shè)于腐蝕箱底部且與腐蝕箱內(nèi)部接通，其出口端與噴頭連接。本實用新型應(yīng)用時，由超聲波發(fā)射器將50Hz的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)?0KHz的超聲波正弦電信號輸出，再由壓電換能器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械振動信號，最后由位移放大器把來自壓電換能器的振動位移振幅放大至試樣所需的位移振幅，延長桿使得位移放大器遠離腐蝕箱，防止腐蝕液對位移放大器的腐蝕影響，而水泵抽取腐蝕箱內(nèi)的腐蝕液并經(jīng)噴頭噴向試樣。
[0005]進一步的，所述位移放大器采用上大下小的變幅桿，所述延長桿與變幅桿同軸設(shè)置，且變幅桿下端的端面面積與延長桿的橫截面面積大小相等。若延長桿橫截面面積大于變幅桿下端的端面面積，會導(dǎo)致延長桿上端的輸入位移分布不均勻；在相同的端面位移輸入情況下，應(yīng)力會隨著截面積的減小而增大，應(yīng)力增大會增大延長桿的溫升現(xiàn)象，而溫度變化會影響材料的彈性模量，從而影響延長桿的諧振頻率。因此，本實用新型限定變幅桿下端的端面面積與延長桿的橫截面面積大小相等為最優(yōu)選擇。本實用新型的變幅桿兩端的位移值比例跟兩端的截面積相關(guān)，面積大的一端位移小，面積小的一端位移大，所以變幅桿的放大原理是在滿足諧振的情況下通過縮小變幅桿的截面面積來增大位移輸出量。
[0006]因本實用新型應(yīng)用時延長桿可能會與腐蝕液接觸，因此，延長桿最好采用耐腐蝕性能好、發(fā)熱效率低的材料制成。進一步的，所述延長桿采用鈦合金材料制造。[0007]進一步的，所述腐蝕箱包括箱體和蓋板，箱體上端開口，蓋板與箱體連接且封閉箱體的上端開口，腐蝕箱的蓋板上設(shè)有孔徑大于延長桿直徑的貫穿孔，所述延長桿穿過該貫穿孔。本實用新型的腐蝕箱包括箱體和蓋板，在蓋板的作用下，能避免噴向試樣的腐蝕液飛濺到腐蝕箱外，而設(shè)置孔徑大于延長桿直徑的貫穿孔能防止腐蝕箱對延長桿的振動產(chǎn)生干擾。
[0008]為了保證向試樣的實驗段噴射的腐蝕液均勻分布，進一步的，所述噴頭的數(shù)量為兩個，兩個噴頭分別位于試樣相對兩側(cè)。
[0009]進一步的，所述水泵連接有流速控制儀。其中，流速控制儀控制水泵的運行功率，從而保證實驗環(huán)境為實驗設(shè)計液體流動值。
[0010]進一步的，超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，還包括計算機系統(tǒng)，所述計算機系統(tǒng)與超聲波發(fā)生器連接。本實用新型應(yīng)用時，超聲波發(fā)射器的工作可由計算機系統(tǒng)進行控制，而試樣振動周次可由計算機系統(tǒng)進行記錄，如此，使本實用新型應(yīng)用時更便于智能化控制和管理。
[0011]綜上所述，本實用新型具有以下有益效果:(1)本實用新型包括超聲波發(fā)射器、壓電換能器、位移放大器、延長桿、腐蝕箱及水泵，整體結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)，本實用新型應(yīng)用時，便于對試樣的振動和腐蝕條件進行控制，能提高實驗精度，操作便捷，而在超聲波發(fā)射器的和位移放大器的作用下，能加速試樣的振動，進而能減小實驗的耗時。
[0012](2)本實用新型應(yīng)用時超聲波在試樣的自由端面反射后反饋給本實用新型的實驗系統(tǒng)，因波的反射和透射與介質(zhì)密度有關(guān)，在空氣環(huán)境中，由于空氣密度較小，可以認為波在試樣自由端完全反射回去，如果試樣浸泡在液體里，波就會通過試樣自由端面(也就是試樣與液體的交界面)透射一部分到液體里，同時波的反射也會受到影響，這樣就導(dǎo)致反射波與入射波不能形成回路，反射波與入射波相互干涉，從而影響試驗的穩(wěn)定性和可靠性。因此，本實用新型的試樣設(shè)于腐蝕液上方，能避免超聲波產(chǎn)生透射現(xiàn)象，避免因試樣在腐蝕環(huán)境中存在的諧振加載的不穩(wěn)定性，能進一步提聞實驗精度。
[0013](3)本實用新型應(yīng)用時腐蝕液在水泵的作用下循環(huán)流動，從而能防止腐蝕液靜態(tài)沉淀產(chǎn)生濃度的不均勻分布情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖中附圖標記所對應(yīng)的名稱為:1、計算機系統(tǒng)，2、超聲波發(fā)射器，3、壓電換能器，4、位移放大器，5、延長桿，6、腐蝕箱，7、水泵，8、流速控制儀，9、噴頭，10、試樣。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型做進一步地的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0017]實施例1:
[0018]如圖1所示，超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，包括超聲波發(fā)射器2、壓電換能器3、位移放大器4、延長桿5、腐蝕箱6及水泵7，其中，超聲波發(fā)射器2、壓電換能器3及位移放大器4依次連接，延長桿5采用鈦合金材料制造，其構(gòu)成圓柱狀，延長桿5上端連接于位移放大器4下端，其下端與設(shè)于腐蝕箱6內(nèi)且位于腐蝕液上方的試樣10連接，腐蝕箱6內(nèi)固定有正對試樣10的噴頭9，本實施例中噴頭9的數(shù)量為兩個，兩個噴頭9分別位于試樣10相對兩側(cè)。本實施例中水泵7進口端設(shè)于腐蝕箱6底部且與腐蝕箱6內(nèi)部接通，其出口端與噴頭9連接。
[0019]本實施例應(yīng)用時，超聲波發(fā)射器2將50Hz的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)?0KHz的超聲正弦波信號輸出，再由壓電換能器3把該超聲正弦波信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號，位移放大器4把來自壓電換能器3的振動位移振幅放大至試樣10所需的位移振幅，位移放大器4和延長桿5之間形成縱向駐波，并且波腹位于延長桿5的兩端，位于延長桿5下端的試樣10開始振動。腐蝕箱6內(nèi)存放實驗所需的腐蝕液體，噴頭9正對試樣10的中間部分，導(dǎo)引腐蝕液體對試樣10的中間試驗部分進行噴注，提供腐蝕液體環(huán)境。最后，記錄的試樣10的振動周次來判斷試樣10的疲勞程度，當振動周次小于IO5時，該試樣10為低周疲勞；當振動周次為10卜107時，該試樣10為高周疲勞；當振動周次大于IO7次時，該試樣10為超高周疲勞。
[0020]實施例2:
[0021]本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上做出了如下進一步限定:本實施例的位移放大器4采用上大下小的變幅桿，延長桿5與變幅桿同軸設(shè)置，且變幅桿下端的端面面積與延長桿5的橫截面面積大小相等。
[0022]實施例3:
[0023]為了防止腐蝕液濺射和腐蝕箱對延長桿5振動造成影響，本實施在實施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上做出了如下進一步限定:本實施例的腐蝕箱6包括箱體和蓋板，箱體上端開口，蓋板與箱體連接且封閉箱體的上端開口，腐蝕箱6的蓋板上設(shè)有孔徑大于延長桿5直徑的貫穿孔，延長桿5穿過該貫穿孔。
[0024]實施例4:
[0025]為了提高控制精度，本實施例在實施例1?實施例3中任意一個實施例的基礎(chǔ)上做出了如下進一步限定:本實施例的水泵7連接有流速控制儀8，在本實施例應(yīng)用時由流速控制儀8對水泵7抽動的液體流速進行控制。
[0026]實施例5:
[0027]本實施例在實施例1?實施例4中任意一個實施例的基礎(chǔ)上做出了如下進一步限定:本實施例還包括計算機系統(tǒng)1，其中，計算機系統(tǒng)I與超聲波發(fā)生器2連接。本實施例應(yīng)用時，由計算機系統(tǒng)I對超聲波發(fā)射器2進行控制，并由計算機系統(tǒng)I記錄試樣10的振動周次，如此，使本實施例應(yīng)用時更能智能化控制和管理。
[0028]如上所述，可較好的實現(xiàn)本實用新型。
【權(quán)利要求】
1.超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:包括超聲波發(fā)射器(2)、壓電換能器(3)、位移放大器(4)、延長桿(5)、腐蝕箱(6)及水泵(7)，所述超聲波發(fā)射器(2)和位移放大器(4)均與壓電換能器(3)連接，所述延長桿(5)構(gòu)成圓柱狀，延長桿(5)上端連接于位移放大器(4)下端，其下端與設(shè)于腐蝕箱(6)內(nèi)且位于腐蝕液上方的試樣(10)連接，所述腐蝕箱(6)內(nèi)固定有正對試樣(10)的噴頭(9)，所述水泵(7)進口端設(shè)于腐蝕箱(6)底部且與腐蝕箱(6)內(nèi)部接通，其出口端與噴頭(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:所述位移放大器(4)采用上大下小的變幅桿，所述延長桿(5)與變幅桿同軸設(shè)置，且變幅桿下端的端面面積與延長桿(5)的橫截面面積大小相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:所述延長桿(5)采用鈦合金材料制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:所述腐蝕箱(6)包括箱體和蓋板，箱體上端開口，蓋板與箱體連接且封閉箱體的上端開口，腐蝕箱(6)的蓋板上設(shè)有孔徑大于延長桿(5)直徑的貫穿孔，所述延長桿(5)穿過該貫穿孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:所述噴頭(9)的數(shù)量為兩個，兩個噴頭(9)分別位于試樣(10)相對兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:所述水泵(7)連接有流速控制儀(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任意一項所述的超聲加速振動超長壽命腐蝕疲勞實驗裝置，其特征在于:還包括計算機系統(tǒng)(I )，所述計算機系統(tǒng)(I)與超聲波發(fā)生器(2)連接。
【文檔編號】G01N29/04GK203745426SQ201420157130
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】劉永杰, 王清遠, 李久楷, 何超, 崔仕明 申請人:四川大學