[实用新型]一种用于低温超声振动疲劳实验的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及疲劳试验设备技术领域，用于低温环境条件下材料的疲劳性能测试，特别是涉及一种用于低温超声振动疲劳实验的系统。

背景技术

由于金属材料低温脆性的存在，与低温环境条件相关的机械设备、构件在低于室温的条件下受到交变载荷作用下，很容易导致低温疲劳破坏。在北方寒冷地区冬季最低温度可达-30℃，在地球北极和南极冬季最低温度可达-80℃。在生活和生产中有很多机械和装置零部件工作在低温环境下，如在北方运行的汽车、大型油轮、破冰船、高铁，有的部件在设计寿命内，要承受10⁷以上的周次循环载荷，精确研究金属材料在低温环境条件下的超高周疲劳性能，为上述设备或部件的设计提供参考，可达到保证对应设备设计寿命下部件力学性能的可靠性和节约制造部件的材料的目的。

现有常用的传统疲劳实验系统加载频率都在100Hz以下，要实现10⁹周次以上的超高周疲劳循环加载，如采用传统的50Hz的高频疲劳实验机，大约需要230天的时间，在科研过程中开展10⁹以上的超高周疲劳研究，需要很大的时间和精力成本，不利于设备或部件的研发周期。

实用新型内容

现有的超声振动疲劳试验系统不能进行低温环境条件下的疲劳加载准确模拟，本实用新型提供了一种用于低温超声振动疲劳实验的系统。

为解决上述问题，本实用新型提供的一种用于低温超声振动疲劳实验的系统通过以下技术要点来达到目的：一种用于低温超声振动疲劳实验的系统，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。

具体的，以上设置的低温箱，用于为试件提供低温周期振动疲劳实验环境，设置的超声信号发生器用于把市电或其他电力来源转换成高频交流电信号，压电换能器用于将所述高频交流电信号转换成机械振动信号，这样，以上机械振动信号作用于试件，可使得试件在某一低温环境中完成周期振动疲劳实验。这样，本装置相较于现有振动疲劳实验设备，可模拟被测试试件的实际工作低温环境，便于得到能直接反映试件在某一低温环境下，准确的周期振动疲劳性能试验数值或测量数值。

以上设置的冷却器及冷却装置中，冷却器作为换热部件，用于吸收低温箱中的热量，冷却装置与冷却器之间的管道用于循环冷流体，冷流体作为以上热量的载体；以上热量通过冷却装置与冷却器之间的管道传递到冷却装置后，在冷却装置中释放，冷流体再次进入到冷却器中，继续对低温箱中环境进行降温。

具体的，根据低温箱中所需要的温度值，以上冷却器可以设置成一个蒸发器，冷却装置可以设置成一个冷凝器，冷却介质采用氟利昂，即对低温箱进行降温采用空调的原理；根据试件的具体测试需要，若需要在低温箱中得到一个深冷环境，冷却器可以采用一根螺旋状的换热管道，即弯曲成弹簧状的换热管道，冷却装置包括降温装置及冷流体循环装置，以间壁式换热的原理，冷流体采用甲醇或乙醇，通过冷流体循环装置强迫冷流体在冷却器及冷却装置之间循环，达到可将低温箱中温度冷却至零下110℃以下的目的，实现低温箱中温度可在室温与极低的温度内线性可调，作为本领域技术人员，冷却装置也可不包括降温装置，即采用注入深冷的冷流体并使冷流体循环的方案也可实现实用新型目的。

进一步的，由于试件在测试工况下，试件上各点可能产生不等速的发热，为利于测试工况下试件上各点温度的均匀性，使得各点的温度尽量实验要求的温度，在冷却器的轴线上设置对流风扇，以上对流风扇工作时产生的风力可实现对试件各点的强制冷却，达到均匀试件各点温度的目的。

进一步的，对冷却器特定形状的限定，同时对试件往复运动方向与冷却器轴线位置的限定，便于实现对试件侧面各点的均匀冷却，通过对流风扇的强制对流，便于实现对试件侧面各点的快速、均匀降温，减小因为低温箱各点散热的不均匀性或冷却器相对于试件的不对称性等导致的试件各点环境温度不均匀的程度，利于得到更准确的实验要求温度下试件的低温振动疲劳性能数值。

更进一步的技术方案为：