一种含等截面段圆弧形超声疲劳试样的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及金属材料超声疲劳性能测试领域，尤其是指一种含等截面段圆弧 形超声疲劳试样。
【背景技术】
[0002] 超声疲劳试验是一种测试材料疲劳性能的新技术，其采用压电陶瓷换能器将高频 电源供给的电信号转换成相同频率的机械振动，然后经振动位移放大器放大。试样一端与 位移放大器相相连，另外一端自由。在位移放大器的激励下发生谐振，在试样中生成谐振 波，沿试样轴向形成拉一压对称循环载荷，建立纵向位移、应力应变场。
[0003] 相对于传统的疲劳测试技术它的优点显而易见，它测试的工作频率极高，可以大 大的提尚疲劳试验的效率，主要用于尚强钢的超尚周疲劳性能测试。传统的尚频疲劳试验 工作频率在100~200Hz，而超声疲劳试验的工作频率可以达到2.OX104Hz，测试一根疲劳 寿命为1X101的试样，传统的高频疲劳需要进行100天左右不间断的试验，而超声疲劳试 验仅需要一天左右的时间即可完成。超声疲劳试验技术是疲劳测试领域的一项革命，极大 的提高了试验效率和研发效率。
[0004] 目前钢材的高端市场对超高周疲劳试验有很大的需求，利用超声疲劳试验技术我 们能够得到重大工程用钢1〇23周次以上的超高周疲劳性能，并提供给用户，为用户设计更为 安全的疲劳准则提供参考，对推广产品的应用范围，开拓市场空间有着重要的意义。
[0005] 超声疲劳试验机设备上的系统控制软件一般配有两种试样类型：圆弧形试样和缺 口形试样，如图1和图2所示，这两种试样试验时最大应力均在最小直径截面。当需要研究 表面处理对材料疲劳性能的影响时，需要试样中间有一段等应力截面区域，已有的圆弧形 试样和缺口形试样无法满足试验需求。这极大的限制了超声疲劳试验机的应用。 【实用新型内容】
[0006] 为解决上述问题，本实用新型提供一种含等截面段圆弧形超声疲劳试样，其特征 在于，包括两夹持段和负载段，所述两夹持段和负载段为圆柱形，两夹持段分别固定连接于 所述负载段的两侧，所述疲劳试验试样呈轴线对称和中心对称结构，两夹持段与负载段的 连接部分为弧形，所述弧形的曲率半径R与变截面段长度L2、负载段半径Ri、夹持段半径R2 的关系为
为振动频率，c为谐振波在材料中的传播速度，
2 夹持段的长度 3 LP
」
[0008] 所述两夹持段和负载段一体成型。
[0009] 本实用新型的优点为：
[0010] 含等截面段圆弧形试样在谐振过程中，试样的等截面段区域应力相等。在试验前， 可以对该区域进行表面处理，来研究不同的表面处理对材料疲劳性能的影响。或者对于具 有明显缺陷（如夹杂、缩孔）的材料，可以设计成含等截面段圆弧形试样，便于试验过程中 在更大的区域寻找材料缺陷，得到更为安全的疲劳试验结果。本实用新型丰富了超声疲劳 实验机的试样类型，提升了其应用范围。避免了厂家系统控制软件升级产生的高额费用。为 超声疲劳试验的标准制定和升级奠定了基础。
【附图说明】
[0011] 图1、图2为原设备提供的两种圆弧形试样；
[0012] 图3为含等截面段圆弧形疲劳试样的结构示意图；
[0013] 图4为含等截面段圆弧形超声疲劳试样测试示意图；
[0014] 图中：1、夹持段，2、负载段，3、换能器，4、位移放大器，5、板状超声疲劳试样，6、冷 却空气喷嘴。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：
[0016] 如图3所示，一种含等截面段圆弧形超声疲劳试样，包括两夹持段1和负载段2,所 述两夹持段1和负载段2为圆柱形，两夹持段1分别固定连接于所述负载段2的两侧，所述 疲劳试验试样呈轴线对称和中心对称结构，两夹持段1与负载段2的连接部分为弧形。
[0017] 以弹簧钢为例，通过测量或查阅材料手册得到材料参数E= 206GPa、P= 7850kg/ m3,根据设计需要选取尺寸参数Q= 10mm，L2= 5mm，Ri= 1. 5mm，
[0018]R2= 5謹后，计算可得试样的谐振长度L3= 10. 12謹，R= 5. 32謹。
[0019] 将试样旋入位移放大器中，如图4所示，使用扭力扳手进行锁紧，力矩通常调整为 3. 5~4. 5N*m。当扳手发出"哒哒"响声，S卩刻停止转动扳手，试样已被锁紧。调整冷却空 气喷嘴，对准试样应力集中部位，打开阀门，开始冷却试样。
[0020] 打开超声疲劳系统控制软件，选取圆弧形试样类型，随意给定d=20mrn， =1.5ram，=5mm，可以求得试样的谐振长度4=9.85mm。
[0021] 已知圆弧形试样的尺寸参数4，4，乾，4和含等截面段圆弧形试样的尺寸 参数11，1 2，13，1?1，1?2后。假定含等截面段试样需要加载的应力幅值〇_= 40010^，由应力 转换公式求得对应的圆弧形试样需要加载的应力幅值〇_1,, =3丨OMPa，即需要在系统控制 软件中输入的圆弧形试样对应的应力幅值。
[0022] 在控制系统软件中设定好其他各项试验参数后，点击TestStart，开始含等截面 段圆弧形试样的超声疲劳试验。
[0023] 以上实施例仅用以说明本材料的技术实施方案而非限制，尽管参照较佳实施例对 本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术 方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在 本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种含等截面段圆弧形超声疲劳试样，其特征在于，包括两夹持段（1)和负载段 (2)，所述两夹持段（1)和负载段（2)为圆柱形，两夹持段（1)分别固定连接于所述负载段 (2)的两侧，所述疲劳试验试样呈轴线对称和中心对称结构，两夹持段（1)与负载段（2)的 连接部分为弧形。2. 根据权利要求1所述的所述一种含等截面段圆弧形超声疲劳试样，其特征在于，所 述两夹持段（1)和负载段（2) -体成型。
【专利摘要】本实用新型提供一种疲劳试验试样，包括两夹持段和负载段，所述两夹持段和负载段为圆柱形，两夹持段分别固定连接于所述负载段的两侧，所述疲劳试验试样呈轴线对称和中心对称结构，两夹持段与负载段的连接部分为弧形，本实用新型丰富了超声疲劳实验机的试样类型，提升了其应用范围。避免了厂家系统控制软件升级产生的高额费用。为超声疲劳试验的标准制定和升级奠定了基础。
【IPC分类】G01N29/04
【公开号】CN204925041
【申请号】CN201520691782
【发明人】彭文杰, 陈一鸣, 薛欢, 蔡毅, 曾永龙, 吴超
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月7日