一种超声波疲劳试验中样品分离装置及其应用的制作方法

本公开属于疲劳试验领域，尤其涉及一种超声波疲劳试验中样品分离装置及其应用。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

疲劳破坏是现代工程构件的主要失效形式之一，尤其是高强度材料的疲劳断裂，长时间在交变载荷作用下，疲劳断裂往往非常突然的发生，进而容易导致重大灾难性事故。随着机械设备很多关键零部件设计寿命的提高,材料超高周次范围(10⁷～10¹⁰周次)疲劳行为的研究已经成为工程材料研究领域的重要课题,特别是超声波疲劳试验机的诞生,使过去不可能进行的超高周疲劳试验可以在短时间内完成,使得这一领域的研究近几十年来在世界各地得到广泛开展。常规疲劳试验机在频率50hz下进行10⁹周次循环试验需要230天，超声疲劳试验机能以20khz的重复频率快速测试金属材料的疲劳寿命，进行10⁹周次循环试验只需要14h。超声波疲劳试验机的基本原理相同,主要包括功率发生器、换能器以及与样品连接的能量放大器，样品需一端固定在能量放大器上，另一端悬空，样品随能量放大器振动。

发明人发现，在进行超声波疲劳试验中往往存在着两个问题：

(1)样品在加载频率达到一定程度后，很容易产生发热现象，对于20khz的超声频率疲劳试验机，尤其是在高应力试验条件下，短时间内样品就会产生高额热量的累积，导致样品无法共振，进而影响试验的正常进行。现有的解决办法是利用空气压缩机产生的低温气流通过出风口直接对样品产生过热的中部工作段进行冷却，同时在计算机控制系统中设置应力的加载和停载间隔，缓解样品的过热现象。专利号为cn107576559a的中国发明专利公开了一种用于高频疲劳试验中预防样品过热的冷的系统，冷却系统由空气压缩机、压缩空气储气罐、油水分离器、热交换器、扇型出风口组成，通过用液氮热交换器，将压缩空气冷却后直接作用于样品，而且出风口温度可调整，适用的材料广泛。还可在高频感应加热时，对保证试验设定温度的热平衡起到很好的效果。现有的冷却系统都是将低温压缩气流直接作用于样品中部，由此样品中部工作段会受到横向的压应力，影响样品在单轴力学试验中的准确性。

(2)部分样品如镁合金、40cr等很多材料在超声波疲劳试验结束后，往往在外表面或者内部产生疲劳裂纹后便无法继续共振，此时样品中部工作段仍未发生疲劳断裂，所以无法观察断口来确定疲劳点的位置。疲劳样品的断口是一对相互匹配的断裂面，断面一般发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂整个过程中包括裂纹的形核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等有用信息。对于镁合金这样强度较低的金属材料，人力可以在两端将其拉断，但是对于40cr这种抗拉强度较高的材料，无法通过人力将其拉断，为了获得疲劳断口，只能将未分离的样品使用拉力试验机进行拉断后再观察断裂源。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种超声波疲劳试验中样品分离装置，其在超声波疲劳试验机试验时可以通过低温气体由下而上的流动冷却样品过热，同时分离样品的上下端，直接获得疲劳断口的样品。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种超声波疲劳试验中样品分离装置，包括：

支撑台，所述支撑台上设置有壳体，所述壳体内设置有夹持机构，所述夹持机构夹持样品下端，样品上端固定在疲劳试验机的能量放大器上；所述壳体内还设置有气缸机构，所述气缸机构包括缸筒，所述缸筒内设有活塞，所述活塞与夹持机构固定连接，所述活塞与活塞杆相连，所述活塞杆设置在杆筒内，所述杆筒与缸筒相连通，所述杆筒上设置有通气孔，进入通气孔的低温气体经杆筒进入缸筒使得低温气体由下而上流动来冷却样品；

在超声波疲劳试验结束后，通过压缩气体推动活塞杆进而推动活塞带动夹持机构向下运动，分离样品的上下端，直接获得疲劳断口的样品。

本公开的第二个方面提供一种超声波疲劳试验中样品分离装置的应用。

本公开所述的超声波疲劳试验中样品分离装置，所述超声波疲劳试验中样品分离装置配合超声波疲劳试验机使用。

本公开的有益效果是：

(1)本公开在超声波疲劳试验机试验时可以通过低温气体由下而上的流动预防样品过热，替代使用低温压缩空气直接向疲劳样品中部工作段强风吹冷的方式，同时针对无法直接获得疲劳断口的样品，该装置通过样品下端夹持机构和压缩气体推动活塞杆实现样品的上下分离，直接获得疲劳断口的样品。

(2)本公开仅与样品下端进行连接，与超声波疲劳试验机不存在任何连接，不影响超声波疲劳试验机的正常工作；

(3)本公开结构紧凑，机械结构简单，操作合理，可服役寿命长。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的一种超声波疲劳试验中样品分离装置结构立体图；

图2是本公开实施例提供的一种超声波疲劳试验中样品分离装置结构主视图；

图3是本公开实施例提供的一种超声波疲劳试验中样品分离装置结构俯视图；

图4是本公开实施例提供的一种超声波疲劳试验中样品分离装置结构剖视图；

图5是图4的局部放大图。

其中，1-支撑台；2-支撑架；3-壳体；4-杆筒；5-样品腔；6-缸筒；7-活塞；8-活塞杆；9-通气孔；10-套筒；11-样品；12-缓冲垫。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

本公开提供的样品分离装置，其包括支撑台、夹持机构和气缸机构。

具体地，如图1-图3所示，本实施例的样品分离装置，包括：

支撑台1，所述支撑台1上设置有壳体3，所述壳体3内设置有夹持机构，所述夹持机构夹持样品11下端，样品11上端固定在疲劳试验机的能量放大器上；所述壳体3内还设置有气缸机构，所述气缸机构包括缸筒6，所述缸筒6内设有活塞7，所述活塞7与夹持机构固定连接，所述活塞7与活塞杆8相连，所述活塞杆8设置在杆筒4内，所述杆筒4与缸筒6相连通，所述杆筒4上设置有通气孔9，如图4和图5所示，进入通气孔的低温气体经杆筒进入缸筒使得低温气体由下而上流动来冷却样品。

同时，在超声波疲劳试验结束后，针对无法直接获得疲劳断口的样品，该装置通过压缩气体推动活塞杆继而推动活塞带动夹持机构向下运动，进而分离样品的上下端，直接获得疲劳断口的样品。

所述支撑台1下方设置有支撑架2。

所述支撑架2为可伸缩式支撑架。

在具体实施中，支撑台外围由两个半圆形构成的圆箍通过螺丝螺钉固定连接，支撑架固定连接在圆箍上。

其中，支撑架用来支撑所述支撑台，使得样品分离装置配合超声波疲劳试验机使用。

本实施例所述的样品分离装置，配合超声波疲劳试验机使用。本实施例仅与样品下端进行连接，与超声波疲劳试验机不存在任何连接，不影响超声波疲劳试验机的正常工作；

其中，夹持机构的作用是夹持样品下端且与气缸机构相连，由于样品上端固定在疲劳试验机的能量放大器上，这样通过推动夹持机构向下运动，分离样品的上下端，直接获得疲劳断口的样品。

下面以夹持机构为套筒为例来详细说明本公开的技术方案：

其中，夹持机构包括套筒，套筒由可拆分的两部分构成，套筒用于包裹并夹持样品下端，所述套筒与活塞固定连接。

可以理解的，在其他的实施例中，夹持机构也可为其他现有夹持结构，本领域技术人员可以根据具体工况自行设置，在此不作详述。

作为一种实施方式，所述套筒与活塞螺纹连接。

需要说明的是，套筒与活塞也可采用其他连接方式来固定，本领域技术人员可根据实际情况来具体选择。

作为一种实施方式，所述缸筒6底部设置有缓冲垫12，用于缓冲活塞对缸筒底部的冲击力。

作为一种实施方式，所述活塞杆的数量为至少两个，且环绕样品对称设置，如图3所示，其中，容纳活塞杆的杆筒为四个，容纳样品的样品腔5连通套筒10，杆筒环绕样品腔对称设置。

这样使得活塞受力均匀，能够得到性能较好的疲劳断口的样品。

作为一种实施方式，所述杆筒内设置有导向套，所述活塞杆穿设过导向套内。

其中，导向套是将聚四氟乙烯树脂压成毛坯件，经烧结、冷却后，再按顾客图纸要求的几何尺寸和公差范围，采用机械切削方法精加工而成。导向套用来提高气缸的导向精度。

作为一种实施方式，所述导向套上方设置有密封圈。

其中，密封圈用来密封杆筒，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。

本实施例有很好的兼容性，不仅同时实现样品冷却和试验后样品的分离功能，还可以在压缩气体中混合腐蚀气体和不同湿度的气体，在进行疲劳试验时模拟不同的试验环境；

本实施例在超声波疲劳试验机试验时可以通过低温气体由下而上的流动预防样品过热，替代使用低温压缩空气直接向疲劳样品中部工作段强风吹冷的方式，同时针对无法直接获得疲劳断口的样品，该装置通过样品下端夹持机构和压缩气体推动活塞杆实现样品的上下分离，直接获得疲劳断口的样品。

本实施例的样品分离装置结构紧凑，机械结构简单，操作合理，可服役寿命长。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。