[发明专利]一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备

权利要求书

1.一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：包括：被测试试件(5)及与被测试试件(5)发生剪切作用的工具头(7)；还包括基座系统、超声振动系统、测力系统和声发射系统；

所述超声振动系统装接在基座系统上；所述工具头(7)固接在超声振动系统上；所述声发射系统装接于工具头(7)；所述测力系统装接在基座系统上；所述被测试试件(5)固接在测力系统上；

通过基座系统调节被测试试件(5)与工具头(7)的相对位置；通过超声振动系统使工具头(7)发生振动从而实现工具头(7)与被测试试件(5)间发生剪切作用；通过测力系统检测工具头(7)与被测试试件(5)间力的动态变化；通过声发射系统检测工具头(7)与被测试试件(5)间剪切作用过程中被测试试件(5)达到疲劳破坏时的声发射信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：

所述基座系统包括光学平板(1)，X轴滑台(3)，Y轴滑台(2)和Z轴滑台(11)；Y轴滑台(2)滑动装接在光学平板(1)上且可沿Y轴方向滑动；X轴滑台(3)滑动装接在Y轴滑台(2)上且可沿X轴方向滑动；Z轴滑台(11)滑动装接在光学平板(1)上且可沿Z轴方向滑动；所述X轴方向、Y轴方向与Z轴方向两两垂直；通过X轴滑台(3)、Y轴滑台(2)和Z轴滑台(11)使被测试试件(5)和工具头(7)可在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上移动从而调节被测试试件(5)与工具头(7)的相对位置；

所述超声振动系统包括超声发生器，超声变幅杆(9)和连接杆(8)；超声变幅杆(9)装接在Z轴滑台(11)，超声发生器传动连接超声变幅杆(9)；连接杆(8)固接在超声变幅杆(9)上；所述工具头(7)固接在连接杆(8)上；通过超声发生器产生超声振动并通过超声变幅杆(9)和连接杆(8)传递至工具头(7)以使工具头(7)发生振动从而实现工具头(7)与被测试试件(5)间发生剪切作用；

所述测力系统包括力传感器(4)，第一电荷放大器和第一数据采集卡；力传感器(4)固接在X轴滑台(3)上，该第一电荷放大器信号连接力传感器(4)，该第一数据采集卡信号连接第一电荷放大器；所述被测试试件(5)固接在力传感器(4)；

所述声发射系统包括声发射传感器，第二电荷放大器和第二数据采集卡；所述声发射传感器装设于工具头(7)内，该第二电荷放大器信号连接声发射传感器，该第二数据采集卡信号连接第二电荷放大器。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：所述工具头(7)上固设有磨粒(6)，该磨粒(6)为压头或滚珠；所述压头为金刚石或立方氮化硼材质，其形状为带圆头的圆锥，圆头半径R＝0.008～0.21mm，圆锥角θ＝55°～125°；所述滚珠为硬质合金或不锈钢材质。

4.根据权利要求2所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：所述被测试试件(5)经过研磨抛光处理以使其表面粗糙度不大于Ra0.1μm，该被测试试件(5)用超声清洗机清洗后固接在力传感器(4)。

5.根据权利要求2所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：所述连接杆(8)为带锥度螺钉；所述连接杆(8)螺接在超声变幅杆(9)上。

6.根据权利要求2所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：所述X轴滑台(3)由步进电机驱动，其步进精度优于11μm；所述Y轴滑台(2)由步进电机驱动，其步进精度优于11μm；所述Z轴滑台(11)由步进电机驱动，其步进精度优于0.35μm。

7.根据权利要求2所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：所述力传感器(4)的性能参数为：测力范围为-25N～25N，测力精度高于0.0025N，采样频率高于8KHz；所述声发射传感器的性能参数为：频率范围为48～1010kHz，谐振频率大于78kHz，灵敏度峰值大于65dB；所述超声发生器的性能参数为：振动频率f＝18～42KHz，振幅范围为0～22μm。

8.根据权利要求2所述的一种基于超声振动的微观尺度材料剪切疲劳测试设备，其特征在于：所述第一电荷放大器与第二电荷放大器为同一电荷放大器；所述第一数据采集卡与第二数据采集卡为同一数据采集卡。