本發(fā)明屬于疲勞試驗(yàn)裝置，具體涉及一種自動(dòng)溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、超高周疲勞是指材料在承受遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力下，在107周次以上發(fā)生疲勞破壞的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為零部件工作時(shí)的載荷低于一定值時(shí)，即被認(rèn)為具有無(wú)限壽命?？墒浅暺趯?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在工作107循環(huán)周次以上時(shí)，零部件工作載荷低于疲勞極限時(shí)仍然會(huì)發(fā)生疲勞斷裂，不存在疲勞極限。這種振動(dòng)載荷，雖然其應(yīng)力幅值小，但其頻率很高，可達(dá)幾千赫茲以上，高頻損傷嚴(yán)重威脅零部件的工作安全和可靠性。

2、然而在某些領(lǐng)域，關(guān)鍵部件和結(jié)構(gòu)在服役中經(jīng)常受到高溫和應(yīng)力的復(fù)合影響，特別是航空航天領(lǐng)域，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、葉盤(pán)、齒輪等關(guān)鍵部件在服役過(guò)程中，將在高溫環(huán)境下承受高頻、低幅振動(dòng)載荷，承受循環(huán)載荷次數(shù)通常在107周次以上。所以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、葉盤(pán)、齒輪等高速運(yùn)轉(zhuǎn)零部件特別重視高溫條件下的超高周疲勞性能。

3、公告號(hào)是cn107144474a的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種高溫超高周疲勞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括力學(xué)試驗(yàn)裝置、工作臺(tái)、加熱裝置。工作臺(tái)下邊緣通過(guò)螺栓固定在電磁振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)架上，工作臺(tái)上端的橫梁中心有一個(gè)通孔；蝸輪蝸桿裝置從上述通孔向下穿出；力傳感器的上端與蝸桿的下端連接，下端與上夾具上端連接，上夾具的下端與試樣上螺紋段連接，試樣下螺紋段與下夾具上端連接，下夾具下端與電磁振動(dòng)臺(tái)的輸出軸連接；配重體套在電磁振動(dòng)臺(tái)的輸出軸上并且固定在電磁振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)臺(tái)面上；試樣位于高溫爐的爐腔內(nèi)。

4、但是該裝置的試驗(yàn)頻率為100hz，當(dāng)實(shí)驗(yàn)周次達(dá)到108時(shí)就需要27天左右，且當(dāng)試樣達(dá)到疲勞極限發(fā)生破壞的時(shí)候，無(wú)法聯(lián)動(dòng)加熱設(shè)備，及時(shí)關(guān)閉加熱，會(huì)導(dǎo)致斷口附近發(fā)生高度氧化，影響疲勞分析。

5、公告號(hào)是cn116413150a的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種多軸超高周與多軸低周復(fù)合的變幅熱機(jī)械疲勞試驗(yàn)裝置，該系統(tǒng)包括多軸低周載荷加載系統(tǒng)、自適應(yīng)裝夾系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)等。將兩個(gè)立柱安裝在底座上，在立柱上把橫梁兩端固定，把液壓桿固定在底座上，上液壓夾頭安裝在橫梁中間，下液壓夾頭安裝在底座中間位置，力傳感器安裝在下液壓夾頭與底座之間；多軸超高周載荷加載系統(tǒng)可通過(guò)自適應(yīng)裝夾系統(tǒng)安裝在多軸低周載荷加載系統(tǒng)中，多軸超高周載荷加載系統(tǒng)上端可通過(guò)上調(diào)幅器的定位耳板安裝在上壓板和下壓板的定位槽中，同理，多軸超高周載荷加載系統(tǒng)下端可通過(guò)下調(diào)幅器的定位耳板安裝在上壓板和下壓板的定位槽中。

6、但是該裝置不適用于單軸載荷下的超高周高溫疲勞試驗(yàn)，同時(shí)該系統(tǒng)中的高溫水循環(huán)裝置無(wú)法自動(dòng)控制水位，存在安全隱患，且在試樣疲勞后無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉加熱設(shè)備，進(jìn)而導(dǎo)致斷口氧化。

7、基于此，提出了一種自動(dòng)溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗(yàn)裝置，可以系統(tǒng)的研究材料在高溫環(huán)境下超高周疲勞破壞的裝置。它通過(guò)電腦控制超高周疲勞試驗(yàn)裝置和加熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行溫度控制，已達(dá)到高溫且恒溫狀態(tài)下開(kāi)展超高周疲勞試驗(yàn)。與傳統(tǒng)的高溫試驗(yàn)裝置相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)在某一特定的高溫下進(jìn)行較高精度的溫度控制，同時(shí)還能開(kāi)展基于20khz振動(dòng)頻率下的超高周疲勞試驗(yàn)，完善了高溫環(huán)境下超高周疲勞試驗(yàn)過(guò)程，為后續(xù)該領(lǐng)域的研究提供有力支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動(dòng)溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗(yàn)裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，一種自動(dòng)溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗(yàn)裝置，包括單軸超高周疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)、感應(yīng)加熱系統(tǒng)、自動(dòng)水位控制系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)；

4、所述單軸超高周疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)包括立柱、超聲波換能器固定盤(pán)、底座、超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、位移放大器、加長(zhǎng)桿和試驗(yàn)件；所述立柱設(shè)置有三個(gè)，三個(gè)所述立柱與底座和超聲波換能器固定盤(pán)組成支架，所述超聲波換能器置于超聲波換能器固定盤(pán)上端，所述超聲波發(fā)生器與超聲波換能器有線連接，所述超聲波換能器與位移放大器、加長(zhǎng)桿、試驗(yàn)件依次通過(guò)螺栓連接；

5、所述感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括電磁感應(yīng)加熱器、磁感應(yīng)加熱線圈和紅外測(cè)溫儀，所述電磁感應(yīng)加熱器與磁感應(yīng)加熱線圈連接，所述磁感應(yīng)加熱線圈加熱段安裝在試驗(yàn)件的外周，所述紅外測(cè)溫儀用于監(jiān)測(cè)試驗(yàn)件的溫度；

6、所述自動(dòng)水位控制系統(tǒng)包括水箱、止水閥和抽水泵，所述止水閥通過(guò)水管與安裝在水箱上的水龍頭相連，所述抽水泵完成水箱與電磁感應(yīng)加熱器之間的連通；

7、所述中央控制系統(tǒng)包括疲勞控制系統(tǒng)、自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)和聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，所述疲勞控制系統(tǒng)與超聲波發(fā)生器信號(hào)連接，所述自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)與電磁感應(yīng)加熱器信號(hào)連接，所述聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)采集卡將疲勞控制系統(tǒng)與自動(dòng)溫度控制之間信號(hào)連接。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述超聲波換能器固定盤(pán)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述超聲波換能器固定盤(pán)的外徑與底座的外徑相同。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述超聲波換能器卡接在超聲波換能器固定盤(pán)內(nèi)。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述超聲波換能器固定盤(pán)上設(shè)置有與立柱配合的螺栓孔，所述超聲波換能器固定盤(pán)上還設(shè)置有與超聲波換能器外側(cè)的定位擋耳配合使用的定位槽。

11、第二方面，一種自動(dòng)溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗(yàn)裝置的試樣方法，包括以下步驟：

12、將單軸超高周疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)超聲波換能器固定盤(pán)固定在支架上，試驗(yàn)件通過(guò)螺栓連接到加長(zhǎng)桿；超聲波發(fā)生器通過(guò)有線接收到中央控制系統(tǒng)中的疲勞控制系統(tǒng)的信號(hào)，繼而輸入到超聲波換能器，超聲波換能器將接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移，機(jī)械位移經(jīng)過(guò)位移放大器放大后經(jīng)過(guò)加長(zhǎng)桿傳遞給試驗(yàn)件，使試驗(yàn)件進(jìn)行單軸疲勞試驗(yàn)；

13、所述感應(yīng)加熱系統(tǒng)通過(guò)給磁感應(yīng)加熱線圈施加電流進(jìn)而改變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)再使試驗(yàn)件渦流效應(yīng)和磁滯效應(yīng)產(chǎn)生熱量；所述磁感應(yīng)加熱線圈對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)件中心部分，所述紅外測(cè)溫儀對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)件中間位置；

14、所述自動(dòng)水位控制系統(tǒng)的水從水龍頭通過(guò)止水閥流入水箱，水箱里面的水通過(guò)抽水泵進(jìn)入電磁感應(yīng)加熱器，當(dāng)水箱里面的水高出水位線時(shí)，止水閥關(guān)閉，此時(shí)抽水泵依然處于工作狀態(tài)，會(huì)使水位下降，當(dāng)水位下降至水位線以下，止水閥再次開(kāi)啟，往復(fù)作業(yè)；

15、所述的中央控制系統(tǒng)中的疲勞控制系統(tǒng)可以通過(guò)控制超聲波發(fā)生器啟動(dòng)單軸超高周疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，疲勞控制系統(tǒng)中對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)試驗(yàn)件發(fā)生斷裂，導(dǎo)致反饋頻率超出20±0.5khz范圍，此時(shí)超聲波發(fā)生器自動(dòng)關(guān)閉，并將信號(hào)傳輸給中央控制系統(tǒng)中的疲勞控制系統(tǒng)；所述的中央控制系統(tǒng)中的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)通過(guò)繼電器控制感應(yīng)加熱系統(tǒng)的開(kāi)啟/關(guān)閉，感應(yīng)加熱系統(tǒng)中的紅外測(cè)溫儀輸出的溫度通過(guò)采集卡轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，電壓值與溫度值一一對(duì)應(yīng)，將電壓再通過(guò)自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)傳導(dǎo)給繼電器；

16、當(dāng)加熱溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的電壓高于設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電壓，此時(shí)自動(dòng)溫度控制將關(guān)閉繼電器，使感應(yīng)加熱系統(tǒng)關(guān)閉，待溫度下降低于設(shè)置溫度時(shí)，通過(guò)自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)將開(kāi)啟繼電器，使感應(yīng)加熱系統(tǒng)開(kāi)啟；

17、所述的中央控制系統(tǒng)中的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)中的疲勞控制系統(tǒng)將接收的試驗(yàn)件發(fā)生斷裂信號(hào)通過(guò)改變電壓的方式傳輸給采集卡，采集卡采集的工作電壓改變后將信號(hào)再傳輸自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)檢測(cè)到電壓改變便自動(dòng)通過(guò)繼電器切斷電信號(hào)的傳輸，進(jìn)而使感應(yīng)加熱系統(tǒng)關(guān)閉，最終達(dá)到試驗(yàn)件斷裂就停止加熱，防止斷口氧化的效果。

18、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

19、1、本發(fā)明中的超聲頻率的超高周疲勞試驗(yàn)裝置，將超聲波發(fā)生器提供20±0.5khz電能轉(zhuǎn)為同頻率的機(jī)械械動(dòng)，再通過(guò)位移放大器將換能器輸出的振動(dòng)位移放大后激勵(lì)疲勞試樣共振，實(shí)現(xiàn)疲勞加載，在某些特定的領(lǐng)域需要研究再高溫環(huán)境下的材料的超高周疲勞性能，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的單軸超高周疲勞試驗(yàn)及對(duì)試樣的溫度加載的精確控制，又能實(shí)現(xiàn)試樣斷裂后自動(dòng)終止加熱進(jìn)而防止氧化，同時(shí)為了防止加熱過(guò)程中水循環(huán)可能導(dǎo)致的試驗(yàn)安全問(wèn)題，還加裝了自動(dòng)水位控制系統(tǒng)，從而有效的實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下20khz頻率單軸超高周疲勞試驗(yàn)。

20、2、本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)在高溫環(huán)境下開(kāi)展單軸超高周疲勞試驗(yàn)，解決了磁感應(yīng)加熱線圈無(wú)法精確控制加載溫度的缺陷；實(shí)現(xiàn)了將疲勞控制系統(tǒng)與自動(dòng)溫控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，使試樣疲勞斷裂的同時(shí)停止超高周疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)并聯(lián)動(dòng)停止加熱裝置，避免了試樣斷裂以后還處于加熱環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致斷口氧化，影響后續(xù)分析；解決了傳統(tǒng)磁感應(yīng)加熱線圈抽水段置于容器后，無(wú)法精確控制流量的問(wèn)題，避免了因容器的水位過(guò)低造成的加熱裝置損壞或者水位過(guò)高造成的水災(zāi)隱患。