[发明专利]复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种复合载荷与高温‑氛围下的材料高频疲劳试验装置及方法，属于精密仪器技术领域。该装置包括高频疲劳模块、拉伸/压缩加载模块、扭转加载模块、高温‑氛围加载模块、主体框架。水平布置的上支撑板/支撑平台/下支撑板与垂直布置的立柱Ⅰ/立柱Ⅱ间通过螺栓连接，构成装置的主体框架；上述模块安装于主体框架后，下支撑板由螺钉紧固于带预留螺纹孔的隔振台上。优点在于：在对材料进行高频疲劳测试的同时，增设了“拉伸、压缩、扭转、拉伸‑扭转复合、压缩‑扭转复合”多种机械载荷加载模式以及高温、真空/气氛等加载环境，使材料的高频疲劳测试更接近于其真实服役工况，提高了测试结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及精密仪器技术领域，特别涉及一种复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置及方法，本发明可以提供“拉伸、压缩、扭转、拉伸-扭转复合、压缩-扭转复合”等五种机械载荷加载模式，实现特定工况下材料的机械载荷加载，同时能够提供高温、真空/气氛等加载环境，且可在上述载荷和环境下利用超声疲劳试验技术开展材料的高频疲劳试验；若配合光学成像设备，可对被测试件进行实时动态的原位观测。

背景技术

疲劳与断裂是服役结构的主要破坏形式，由于疲劳断裂发生比较突然，会给国民的生命和财产带到较大的损失。尤其是在飞机、列车和汽车等领域，高速运转的轴类部件或螺纹连接件除承受拉伸、压缩、扭转等单一或复合预载荷以外，在寿命期内需承受超高周次循环交变载荷（如10¹⁰周次，具体根据设计使用年限而定）。为保证上述部件材料在寿命期内的安全性和可靠性，需要进行疲劳试验，如利用频率为100Hz的传统疲劳设备完成一组试验的时间长达115天。另一方面，上述部件材料的实际服役工况是复杂的，涉及到高温、氛围等服役环境以及复杂应力场。因此，开发一种材料高频疲劳试验装置研究接近服役工况下材料的超高周疲劳行为，对一些因超高周疲劳破坏产生的损失进行提前预防，将产生非常大的经济与社会效益。

超声疲劳试验技术是一种共振式的高频疲劳试验方法，其测试频率可达20kHz，如完成一组10¹⁰周次疲劳试验仅需14小时，可以极大的缩短疲劳试验时间。现有超声疲劳试验装置主要由超声信号发生器、换能器、变幅杆、试件组成，超声疲劳试验过程中，换能器将超声信号发生器产生的高频电信号转化成机械振动，机械振动幅值经变幅杆放大后作用于试件，从而实现对试件的高频疲劳测试。

现有超声疲劳装置的预载荷加载形式过于单一，无法开展多种机械载荷模式下的高频疲劳试验。另外，针对高温环境、真空环境下的超声疲劳试验装置均有提及，但由于外部场加载形式单一且缺少气氛环境加载，无法实现材料及其制品在高温氛围环境下的高频疲劳试验。考虑到研究接近服役工况下材料的超高周疲劳行为的巨大经济与社会效益，因此，利用超声疲劳试验技术开发一款复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合载荷与高温-氛围下的材料高频疲劳试验装置及方法，解决现有技术无法研究材料在实际受载、高温氛围条件下的超高周疲劳行为问题。本发明除可实现“拉伸、压缩、扭转、拉伸-扭转复合、压缩-扭转复合”等形式的机械载荷加载外，同时能够提供高温、真空/气氛等加载环境，并且可以在上述载荷和环境下利用超声疲劳试验技术开展材料高频疲劳试验；若配合外部光学成像设备可对被测试件进行实时动态的原位观测。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：