[发明专利]超高频冲击疲劳拉伸实验装置及其方法

说明书

本发明公开一种超高频冲击疲劳拉伸实验装置及其方法，该方法包括：应力波产生器产生的拉伸应力波作为入射应力波沿入射杆传播，入射应力波传播至入射杆的试样界面后，大部分的入射应力波被试样反射并在入射杆中形成反射应力波，剩余部分的入射应力波透过试样形成透射应力波对试样进行加载；其中，第一列入射应力波被试样反射形成第一列反射应力波，当第一列反射应力波的波前从试样传播至应力波发生器的近端界面时，形成无损反射的第二列入射应力波，继续沿入射杆向试样传播，对试样进行第二次加载，此过程循环进行；其中加载频率在1000‑3000Hz之间，应力波产生器产生的拉伸应力波的波长小于加载周期。通过本发明能实现对试样连续循环间隔的应力波拉伸加载。

技术领域

本发明涉及材料的动态力学性能测试技术，尤其涉及一种超高频冲击疲劳拉伸实验装置及其方法。

背景技术

在航空航天以及国防工程等其他领域中，有许多部件常会经历严峻的高频疲劳载荷，如舰载机上的拦阻钩、机载航炮中的复进簧、石油开采钻头钻杆、低压电器中万能式断路器的双刀轴承、航空发动机转子等，这些结构在重复高频的冲击载荷作用下，导致最终的失效破坏，材料与结构在这种情况的失效称为冲击疲劳失效。因此，结构或材料疲劳试验对于设计各类承受循环载荷的机械和结构，成为重要的研究内容。疲劳有限寿命设计中进行寿命估算，必须了解材料的疲劳性能，以此作为理论计算的依据。由于疲劳寿命的长短取决于所承受的循环载荷大小、依赖于疲劳加载频率，因此需要对相关材料开展系列疲劳加载试验研究，进而获得材料的疲劳强度和性能参数，用于结构的安全设计。目前，对材料开展疲劳试验多是基于机械振动、驱动系统与作动器技术、杆件单一载荷疲劳试验的共振加载、以及超声疲劳试验系统来分别实现低频、中频和高频(1000Hz以内)的加载。尤其在高频加载技术中，由于相关控制参数的精度问题以及超声技术的限制，还存在系列问题：如实验材料种类和尺寸的限制，周期的精确可调可控问题。而对于更高频率的超高频加载需求，现有加载理论和技术无法达到和实现。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超高频冲击疲劳拉伸实验装置及其方法，以解决现有技术存在的上述问题，其中：

根据本发明实施例提出一种超高频冲击疲劳拉伸实验装置，其包括：同轴顺序布置的应力波发生器、入射杆、透射杆和导出杆；其中在所述入射杆和所述透射杆之间夹持有试样；所述应力波产生器产生拉伸应力波，所述拉伸应力波作为入射应力波沿所述入射杆传播，所述入射应力波传播至所述入射杆的试样界面后，大部分的所述入射应力波被所述试样反射并在所述入射杆中形成反射应力波，剩余部分的所述入射应力波透过所述试样形成透射应力波对所述试样进行加载，所述试样在加载过程中产生形变；其中，第一列入射应力波被所述试样反射形成第一列反射应力波，当所述第一列反射应力波的波前从所述试样传播至所述应力波发生器的近端界面时，形成无损反射的第二列入射应力波，继续沿所述入射杆向所述试样传播，对所述试样进行第二次加载，此过程循环进行；其中加载频率在1000-3000Hz之间，所述应力波产生器产生的拉伸应力波的波长小于加载周期。

其中，所述应力波产生器包括：波导杆、撞击杆、法兰和波形整形器，所述撞击杆套设在所述波导杆上；其中，所述撞击杆撞击所述法兰，在所述法兰中形成一列压缩应力波并经过所述法兰的反射形成拉伸应力波，所述拉伸应力波经过所述波导杆传向所述入射杆，所述拉伸应力波的幅值与撞击速度成正比。

其中，所述装置还包括：数据采集器，用于采集所述入射杆和所述透射杆上的应力波信号；计算模块，用于根据所述应力波信号计算出所述试样的工程应变率、工程应变和工程应力，并根据所述试样的工程应变率、工程应变和工程应力得到所述试样的真实应变率、真实应变和真实应力。

其中，所述入射杆的波阻抗至少大于所述压缩试样的波阻抗的100倍。

其中，所述透射杆与所述导出杆连接，所述透射杆和所述导出杆的波阻抗一致。

其中，所述波导杆和所述入射杆的波阻抗相同，所述撞击杆的波阻抗不大于所述入射杆的波阻抗。