[发明专利]超声波疲劳试验机用夹具

说明书

提供一种超声波疲劳试验机用夹具，能够使各种材料的试验片的设计变得容易，并且能够对试验片进行重复施加高应力的疲劳试验。一对夹具(10)，相互具有相同的质量，考虑试验片的形状从而调整其重量，以使试验片(S)的中央部的应力成为期望值。即，该夹具(10)作为用于调整试验片(S)的共振频率以及应力的重量调整件起作用。上下的夹具(10)，以上侧的夹具(10)的重心与下侧的夹具(10)的重心位于通过试验片(S)的中央部的垂直线上的方式安装在试验片(S)的两端部。

技术领域

本发明涉及在通过超声波使试验片共振从而进行疲劳试验时安装于试验片的超声波疲劳试验机用夹具。

背景技术

在利用超声波对试验片施加振动而评价材料的疲劳寿命的超声波疲劳试验中,例如通过使试验片在20kHz的正弦波振动中共振,使试验片重复地负荷应力。在超声波疲劳试验机中，通过放大器对来自超声波振子的超声波振动进行放大并传递到试验片。因此，需要可靠地将试验片安装于放大器。从振动能量的传递性的观点来看，通过螺纹结合进行试验片向放大器的安装(参照专利文献1)。

图9是表示以往的圆形试验片的形状与应力曲线以及振幅曲线的关系的说明图。在该图中，附图左侧表示圆形试验片，附图右侧用虚线表示轴方向的应力曲线P，用实线表示位移曲线E。

超声波疲劳试验机用的试验片需要具有与来自超声波振子的超声波振动相同的共振频率。因此，如图9所示，试验片的形状设计为在放大器的试验片安装位置B处的应力振幅为0(位移振动的波腹)，在试验片的中央部的位置C的应力振幅最大(位移振动的波节)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平5-87719号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在金属材料的情况下,在对材料进行加工而制作试验片时，与试验片的主体一体地形成与形成于放大器的前端的内螺纹相对应的外螺纹(参照专利文献1、图9)。超声波疲劳试验机设计为用于标准的圆形试验片，即使在制作用于超声疲劳试验的板状试验片的情况下，与圆形试验片的情况下同样地，也需要形成螺纹直径与放大器的内螺纹相对应的外螺纹。板状试验片的板厚只要是充分地比螺纹直径厚的材料即可，但是，在想要制作板厚比螺纹直径薄的试验片情况下，需要进行高精度的螺纹加工，板状试验片的制造变得困难。

此外，近年来，期望是以1000MPa级的较高应力对高强度钢进行疲劳试验。如果通过被设计为用于一般的圆形试验片的超声波疲劳试验机对板状试验片进行试验，则在板状试验片中,试验片两端的质量与圆形相比减少，因此在试验片的中央部与两端部的宽度的尺寸比率为相同程度的情况下，共振时中央部处的应力与圆形试验片相比变为一半以下。

图10是表示板状试验片模型的共振模拟的图。另外，在图10中，示出了在中央部将设计为共振时中央部处的应力与圆形试验片的情况下相等的板状试验片进行切割后的1/2模型。图10(a)表示共振前的状态。图10(b)表示对试验片施加了一般的超声波疲劳试验机能够实现的最大正弦波应力波形的状态，用虚线表示共振前的试验片，用实线表示在共振时产生横向振动的试验片。

通过使两端部的宽度尺寸大于中央部的直径，图10的板状试验片设计为中央部的应力与圆形试验片的情况下相等。在正常的试验中，试验片与波的行进方向平行地纵向振动(图10(a)中的箭头A的方向)。然而，在板状试验片中，如图10(b)中的实线所示的横向振动以接近纵向振动的频率发生，从而妨碍了正常的试验。由此，有时难以制作与高应力对应的板状试验片。