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

背景技術(shù)：

1、超高周疲勞是指材料在承受遠低于屈服強度的循環(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)的觀點認為零部件工作時的載荷低于一定值時，即被認為具有無限壽命?？墒浅暺趯嶒灲Y(jié)果表明，在工作107循環(huán)周次以上時，零部件工作載荷低于疲勞極限時仍然會發(fā)生疲勞斷裂，不存在疲勞極限。這種振動載荷，雖然其應(yīng)力幅值小，但其頻率很高，可達幾千赫茲以上，高頻損傷嚴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)動機葉片、葉盤、齒輪等關(guān)鍵部件在服役過程中，將在高溫環(huán)境下承受高頻、低幅振動載荷，承受循環(huán)載荷次數(shù)通常在107周次以上。所以航空發(fā)動機葉片、葉盤、齒輪等高速運轉(zhuǎn)零部件特別重視高溫條件下的超高周疲勞性能。

3、公告號是cn107144474a的中國發(fā)明專利公開了一種高溫超高周疲勞實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括力學(xué)試驗裝置、工作臺、加熱裝置。工作臺下邊緣通過螺栓固定在電磁振動臺的臺架上，工作臺上端的橫梁中心有一個通孔；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臺的輸出軸連接；配重體套在電磁振動臺的輸出軸上并且固定在電磁振動臺的振動臺面上；試樣位于高溫爐的爐腔內(nèi)。

4、但是該裝置的試驗頻率為100hz，當實驗周次達到108時就需要27天左右，且當試樣達到疲勞極限發(fā)生破壞的時候，無法聯(lián)動加熱設(shè)備，及時關(guān)閉加熱，會導(dǎo)致斷口附近發(fā)生高度氧化，影響疲勞分析。

5、公告號是cn116413150a的中國發(fā)明專利公開了一種多軸超高周與多軸低周復(fù)合的變幅熱機械疲勞試驗裝置，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，同時該系統(tǒng)中的高溫水循環(huán)裝置無法自動控制水位，存在安全隱患，且在試樣疲勞后無法自動關(guān)閉加熱設(shè)備，進而導(dǎo)致斷口氧化。

7、基于此，提出了一種自動溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗裝置，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。它通過電腦控制超高周疲勞試驗裝置和加熱設(shè)備，實現(xiàn)自動進行溫度控制，已達到高溫且恒溫狀態(tài)下開展超高周疲勞試驗。與傳統(tǒng)的高溫試驗裝置相比，不僅可以實現(xiàn)在某一特定的高溫下進行較高精度的溫度控制，同時還能開展基于20khz振動頻率下的超高周疲勞試驗，完善了高溫環(huán)境下超高周疲勞試驗過程，為后續(xù)該領(lǐng)域的研究提供有力支持。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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

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

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

4、所述單軸超高周疲勞試驗系統(tǒng)包括立柱、超聲波換能器固定盤、底座、超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、位移放大器、加長桿和試驗件；所述立柱設(shè)置有三個，三個所述立柱與底座和超聲波換能器固定盤組成支架，所述超聲波換能器置于超聲波換能器固定盤上端，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、加長桿、試驗件依次通過螺栓連接；

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件的外周，所述紅外測溫儀用于監(jiān)測試驗件的溫度；

6、所述自動水位控制系統(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)、自動溫度控制系統(tǒng)和聯(lián)動系統(tǒng)，所述疲勞控制系統(tǒng)與超聲波發(fā)生器信號連接，所述自動溫度控制系統(tǒng)與電磁感應(yīng)加熱器信號連接，所述聯(lián)動系統(tǒng)通過采集卡將疲勞控制系統(tǒng)與自動溫度控制之間信號連接。

8、作為本發(fā)明的進一步說明，所述超聲波換能器固定盤為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述超聲波換能器固定盤的外徑與底座的外徑相同。

9、作為本發(fā)明的進一步說明，所述超聲波換能器卡接在超聲波換能器固定盤內(nèi)。

10、作為本發(fā)明的進一步說明，所述超聲波換能器固定盤上設(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，一種自動溫控的單軸高溫超高周疲勞試驗裝置的試樣方法，包括以下步驟：

12、將單軸超高周疲勞試驗系統(tǒng)通過超聲波換能器固定盤固定在支架上，試驗件通過螺栓連接到加長桿；超聲波發(fā)生器通過有線接收到中央控制系統(tǒng)中的疲勞控制系統(tǒng)的信號，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轉(zhuǎn)換為機械位移，機械位移經(jīng)過位移放大器放大后經(jīng)過加長桿傳遞給試驗件，使試驗件進行單軸疲勞試驗；

13、所述感應(yīng)加熱系統(tǒng)通過給磁感應(yīng)加熱線圈施加電流進而改變磁場，磁場再使試驗件渦流效應(yīng)和磁滯效應(yīng)產(chǎn)生熱量；所述磁感應(yīng)加熱線圈對準試驗件中心部分，所述紅外測溫儀對準試驗件中間位置；

14、所述自動水位控制系統(tǒng)的水從水龍頭通過止水閥流入水箱，水箱里面的水通過抽水泵進入電磁感應(yīng)加熱器，當水箱里面的水高出水位線時，止水閥關(guān)閉，此時抽水泵依然處于工作狀態(tài)，會使水位下降，當水位下降至水位線以下，止水閥再次開啟，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)可以通過控制超聲波發(fā)生器啟動單軸超高周疲勞試驗系統(tǒng)，疲勞控制系統(tǒng)中對實驗應(yīng)力進行設(shè)置，當試驗件發(fā)生斷裂，導(dǎo)致反饋頻率超出20±0.5khz范圍，此時超聲波發(fā)生器自動關(guān)閉，并將信號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)中的自動溫度控制系統(tǒng)通過繼電器控制感應(yīng)加熱系統(tǒng)的開啟/關(guān)閉，感應(yīng)加熱系統(tǒng)中的紅外測溫儀輸出的溫度通過采集卡轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，電壓值與溫度值一一對應(yīng)，將電壓再通過自動溫度控制系統(tǒng)傳導(dǎo)給繼電器；

16、當加熱溫度高于設(shè)置溫度時，進入自動溫度控制系統(tǒng)的電壓高于設(shè)定溫度對應(yīng)的電壓，此時自動溫度控制將關(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，通過自動溫度控制系統(tǒng)將開啟繼電器，使感應(yīng)加熱系統(tǒng)開啟；

17、所述的中央控制系統(tǒng)中的聯(lián)動系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)中的疲勞控制系統(tǒng)將接收的試驗件發(fā)生斷裂信號通過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再傳輸自動溫度控制系統(tǒng)，自動溫度控制系統(tǒng)檢測到電壓改變便自動通過繼電器切斷電信號的傳輸，進而使感應(yīng)加熱系統(tǒng)關(guān)閉，最終達到試驗件斷裂就停止加熱，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：

19、1、本發(fā)明中的超聲頻率的超高周疲勞試驗裝置，將超聲波發(fā)生器提供20±0.5khz電能轉(zhuǎn)為同頻率的機械械動，再通過位移放大器將換能器輸出的振動位移放大后激勵疲勞試樣共振，實現(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，既能實現(xiàn)對材料的單軸超高周疲勞試驗及對試樣的溫度加載的精確控制，又能實現(xiàn)試樣斷裂后自動終止加熱進而防止氧化，同時為了防止加熱過程中水循環(huán)可能導(dǎo)致的試驗安全問題，還加裝了自動水位控制系統(tǒng)，從而有效的實現(xiàn)高溫環(huán)境下20khz頻率單軸超高周疲勞試驗。

20、2、本發(fā)明能實現(xiàn)在高溫環(huán)境下開展單軸超高周疲勞試驗，解決了磁感應(yīng)加熱線圈無法精確控制加載溫度的缺陷；實現(xiàn)了將疲勞控制系統(tǒng)與自動溫控系統(tǒng)聯(lián)動，使試樣疲勞斷裂的同時停止超高周疲勞試驗系統(tǒng)并聯(lián)動停止加熱裝置，避免了試樣斷裂以后還處于加熱環(huán)境，進而導(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，無法精確控制流量的問題，避免了因容器的水位過低造成的加熱裝置損壞或者水位過高造成的水災(zāi)隱患。