br> 如图1至图4所示，本实施例提供了一种低温超声振动疲劳实验系统的具体方案，该系统中，控制器18、超声信号发生器17与压电换能器I依次实现信号连接，压电换能器1、位移放大器2、延长杆3与试件4依次通过螺纹固定连接。进行实验时，将试件4固定在延长杆3下端，超声信号发生器17其输出20KHz的超声正弦波信号，压电换能器I将该超声正弦波信号转换成机械振动信号，然后位移放大器2将该机械振动信号的振动位移振幅放大，通过位移放大器2端部输出纵向振动位移，最后通过延长杆3把振动位移传递给试件4，实现快速循环疲劳加载;压电换能器I的作用主要是把超声信号发生器17产生的电信号，转化为机械振动信号，驱动整个系统振动，不断输入能量，使整试件4振幅稳定在目标值；
本实施例中位移放大器2两端直径不等，直径大的一端与压电换能器I通过螺纹固定连接，直径小的一端与延长杆3通过螺纹固定连接。位移放大器2比较常用的形状有:指数形、圆锥形、阶梯形位移放大器2，本实施例中采用圆锥与阶梯形相结合形状;位移放大器2需要满足系统20kHz共振模态的要求，振动中与低温箱的上盖5接触处设置振动节点，可以与低温箱的上盖5保持良好接触的同时还能够传递应力波，考虑到密封要求，位移放大器2的最大直径介于60_80mm之间。
[0043]为了实现低温环境，为方便系统维修、维护和更换试件4，本实施例中低温箱包括上盖5、低温箱外层10、低温箱内层11，本系统还包括冷却器8、对流风扇13、温度传感器9，冷却器8上设置有冷却介质进口 6、冷却介质出口 7，冷却装置15为冷却液循环栗，还包括与控制器18信号连接的温度传感器9。冷却液循环栗和冷却介质进口 6、冷却介质进口 6通过隔热橡胶软管相连接，接头处使用卡箍的形式进行固定。以上低温箱采用双层设计为低温箱外层10、低温箱内层11的形式旨在实现好的低温隔热效果，作为具体的实现方式，低温箱外层10采用不锈钢机械加工而成的桶状结构，在上边缘处设有凹槽，通过密封橡胶圈19实现与上盖5的密封。低温箱设有真空接口 14通过真空管与真空栗16连接，接头处使用卡箍的形式进行固定，真空接口 14可与低温箱的容置空间相通，也可将低温箱外层10、低温箱内层11之间设置间隙，真空接口 14与所述间隙相通，开启真空栗16就可实现低温箱外层10和低温箱内层11的抽真空处理，或/和对低温箱的容置空间进行抽真空处理，达到提高隔热效果和/或得到试件4的真空实验环境的目的。这样，作为本领域技术人员，以上低温箱内层11可采用保温棉，也可以采用可承受两侧任意一侧为真空环境时，能够承受压应力的金属材料或塑料材料。
[0044]低温箱内层11设有红外摄像机12，红外摄像机12的信号采集端与试件4中间段保持水平，红外摄像机12与控制器18信号连接，可实时监测试件4的疲劳裂纹的萌生和扩展过程。红外摄像机12通过强力磁铁吸附在低温箱的内壁上。
[0045]低温箱的上盖5设置有开口用于位移放大器2穿过上盖5，同时该开口与位移放大器2的连接面处密封固定连接。为更有利于密封和隔热，低温箱上盖5和低温箱的下箱体部分采用台阶式的对接接口固定连接，并在此处设置可同时实现减震和密封功能的密封减震橡胶圈20。
[0046]为减少本系统中各部件工作过程中产生的热量对试件4温度产生影响，本实施例通过提高延长杆3的散热效果的方法，采用的带有散热耳片的延长杆3。
[0047]作为优选，冷却器8采用导热系数高、容易加工的铜管进行加工，加工成多圈螺旋形。其中，铜管直径介于之间，铜管壁厚介于0.之间，螺旋直径介于4cm-1Ocm之间，圈数不少于6圈。
[0048]在实验开始前，首先开启真空栗16得到真空实验环境和/或真空隔热环境，然后再开启为冷却液循环栗的冷却装置15，通过温度传感器9实时动态监测低温箱的温度，待温度达到目标值，并且稳定之后再开始实验。
[0049]低温箱的形状不局限于圆筒形，但优选设置有圆筒形。为圆筒形的低温箱参数如下:直径范围:20cm - 30cm，高度范围:35cm - 55cm；
本实施例提供的实验系统设计为可设置实验环境温度介于室温至-110°c之间，故选用循环于冷却器8和冷却装置15之间的冷流体为甲醇或乙醇。
[0050]作为优选，为使试件4各点的温度分布更均匀，采用强对流的方式，本实施例在低温箱内安放对流风扇13，冷却器8的轴线位于竖直方向，试件4位于冷却器8的轴线上，所述对流风扇13在冷却器8正下方，试件4在冷却器8中或冷却器8的上方，对流风扇13距冷却器8的距离介于3cm_15cm之间。
[0051]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的【具体实施方式】只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种低温超声振动疲劳实验系统，包括压电换能器(I)及超声信号发生器(17)，所述压电换能器(I)的电能输入端与超声信号发生器(17)的交流电信号输出端电连接，所述压电换能器(I)的机械振动输出端上连接试件(4); 还包括低温箱，所述低温箱为密闭的箱体结构，试件(4)位于所述低温箱中，所述低温箱中还设置有冷却器(8)，低温箱的外部还设置有冷却装置(15)，所述冷却装置(15)通过管道与冷却器(8)相连； 其特征在于，所述冷却器(8)为螺旋盘管状结构，试件(4)的往复运动方向位于螺旋盘管状结构的轴线上； 还包括设置于低温箱中的对流风扇(13)，所述对流风扇(13)的轴线与螺旋盘管状结构的轴线共线。2.根据权利要求1所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，所述压电换能器(I)的机械振动输出端上还连接有位移放大器(2)，所述试件(4)连接于位移放大器(2)上。3.根据权利要求2所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，还包括侧面设置有翅片的延长杆(3)，所述试件(4)通过延长杆(3)与位于放大器(2)相连。4.根据权利要求1所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，所述低温箱包括低温箱外层(10)及低温箱内层(11)，所述低温箱外层(10)为材质为金属的箱体结构，所述低温箱内层(11)为设置于低温箱外层(10)内侧的隔热层。5.根据权利要求1所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，还包括控制器(18)，所述超声信号发生器(17)的控制端和/或输出端与控制器(18)电连接、所述冷却装置(15)的控制端和/或反馈端与控制器(18)电连接。6.根据权利要求5所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，还包括设置于所述低温箱上的温度传感器(9)，所述温度传感器(9)的信号输出端与控制器(18)电连接。7.根据权利要求5所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，还包括设置于低温箱中的红外摄像机(12)，所述红外摄像机(12)的信号采集端正对所述试件(4)，所述红外摄像机(12)的信号输出端与控制器(18)电连接。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，所述低温箱上还开设有真空接口( 14)，所述真空接口( 14)通过管道连接有位于低温箱外部的真空栗(16)。9.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，所述超声信号发生器(17)为可输出频率不低于20kHz的超声正弦波信号的超声信号发目.010.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种低温超声振动疲劳实验系统，其特征在于，还包括用于检测试件(4)震动位移的位移传感器； 所述低温箱为设置有上盖(5)的箱体结构，压电换能器(I)固定于上盖(5)上。
【专利摘要】本发明公开了一种低温超声振动疲劳实验系统，包括压电换能器及超声信号发生器，所述压电换能器的电能输入端与超声信号发生器的交流电信号输出端电连接，所述压电换能器的机械振动输出端上连接试件；还包括低温箱，所述低温箱为密闭的箱体结构，试件位于所述低温箱中，所述低温箱中还设置有冷却器，低温箱的外部还设置有冷却装置，所述冷却装置通过管道与冷却器相连；所述冷却器为螺旋盘管状结构，试件的往复运动方向位于螺旋盘管状结构的轴线上；还包括设置于低温箱中的对流风扇，所述对流风扇的轴线与螺旋盘管状结构的轴线共线。本系统可高效率的对试件进行低温振动疲劳加载实验。
【IPC分类】G01N29/04
【公开号】CN105510443
【申请号】CN201510995499
【发明人】李久楷, 王清远, 刘永杰
【申请人】四川大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月28日