一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，包括被測試試件、工具頭、基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；被測試試件固接在超聲振動(dòng)系統(tǒng)上；聲發(fā)射系統(tǒng)裝接于超聲振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)；測力系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；工具頭固接在測力系統(tǒng)上；通過基座系統(tǒng)調(diào)節(jié)被測試試件與工具頭的相對位置；通過超聲振動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工具頭對被測試試件的沖擊；通過測力系統(tǒng)檢測工具頭與被測試試件間力的變化；通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭檢測被測試試件達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對材料在微觀尺度下的沖擊疲勞性能的測試，從而為材料的使用壽命、結(jié)構(gòu)失效控制等方面提供理論依據(jù)。
【專利說明】一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著產(chǎn)品性能和使用要求的不斷提高，材料的微觀疲勞特性越來越被工業(yè)界所關(guān)注，金屬加工刀具的微崩刃等物理現(xiàn)象，宄其機(jī)理都是材料在微觀尺度高頻沖擊疲勞的宏觀體現(xiàn)。但是現(xiàn)在對材料疲勞特性的測試方法還主要集中在宏觀尺度上，利用萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備可以進(jìn)行零件在拉、壓、扭轉(zhuǎn)等多種應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞特性分析，得到的疲勞強(qiáng)度可以對零件的宏觀破壞分析及壽命預(yù)測有較好的指導(dǎo)意義。但是同一種材料在宏觀和微觀條件下往往表現(xiàn)出不同的疲勞特性，因此宏觀疲勞特性的測試結(jié)果不能用于微觀疲勞特性的分析。但現(xiàn)有技術(shù)中還未見有對材料微觀高頻沖擊疲勞特性進(jìn)行測試的設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，可以對均質(zhì)材料在微觀尺度下的高頻沖擊疲勞特性進(jìn)行測試，相關(guān)測試結(jié)果可以用于刀具抗破損等能力的評價(jià)及相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0005]一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，包括:被測試試件6及對被測試試件6進(jìn)行沖擊的工具頭5 ;還包括基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；
[0006]所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述被測試試件6固接在超聲振動(dòng)系統(tǒng)上；所述聲發(fā)射系統(tǒng)裝接于超聲振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)；所述測力系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述工具頭5固接在測力系統(tǒng)上；
[0007]通過基座系統(tǒng)調(diào)節(jié)被測試試件6與工具頭5的相對位置；通過超聲振動(dòng)系統(tǒng)使被測試試件6發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工具頭5對被測試試件6的沖擊；通過測力系統(tǒng)檢測工具頭5與被測試試件6間力的動(dòng)態(tài)變化；通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭5對被測試試件6沖擊過程中被測試試件6達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。
[0008]一實(shí)施例中:所述基座系統(tǒng)包括光學(xué)平板1，X軸滑臺(tái)2，Y軸滑臺(tái)12，Z軸滑臺(tái)11和L型板3 ;X軸滑臺(tái)2滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板I上且可沿X軸方向滑動(dòng)'Y軸滑臺(tái)12滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板I上且可沿Y軸方向滑動(dòng)；Z軸滑臺(tái)11滑動(dòng)裝接在Y軸滑臺(tái)12上且可沿Z軸方向滑動(dòng)；所述X軸方向、Y軸方向與Z軸方向兩兩垂直；L型板3固定裝接在X軸滑臺(tái)2上；通過X軸滑臺(tái)2、Y軸滑臺(tái)12和Z軸滑臺(tái)11使被測試試件6和工具頭5可在X軸方向、Y軸方向與Z軸方向上移動(dòng)從而調(diào)節(jié)被測試試件6與工具頭5的相對位置；
[0009]所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器，超聲變幅桿9和連接桿7 ;超聲變幅桿9裝接在Z軸滑臺(tái)11，超聲發(fā)生器傳動(dòng)連接超聲變幅桿9 ;連接桿7固接在超聲變幅桿9上；所述被測試試件6固接在連接桿7上；通過超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并通過超聲變幅桿9和連接桿7傳遞至被測試試件6以使被測試試件6發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工具頭5對被測試試件6的沖擊；
[0010]所述測力系統(tǒng)包括力傳感器4，第一電荷放大器和第一數(shù)據(jù)采集卡；力傳感器4固接在L型板3上，該第一電荷放大器信號(hào)連接力傳感器4，該第一數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第一電荷放大器；所述工具頭5固接在力傳感器4 ;
[0011]所述聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器8，第二電荷放大器和第二數(shù)據(jù)采集卡；所述聲發(fā)射傳感器8裝設(shè)于連接桿7內(nèi)，該第二電荷放大器信號(hào)連接聲發(fā)射傳感器8，該第二數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第二電荷放大器。
[0012]一實(shí)施例中:所述工具頭5為金剛石壓頭，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R =0.008 ?0.21mm，圓錐角 Θ =55。?125。。
[0013]一實(shí)施例中:所述被測試試件6經(jīng)過研磨拋光處理以使其表面粗糙度不大于Ra0.1 μ m，該被測試試件6用超聲清洗機(jī)清洗后用環(huán)氧樹脂膠水粘貼在連接桿7。
[0014]一實(shí)施例中:所述連接桿7為帶錐度螺釘；所述連接桿7螺接在超聲變幅桿9上。
[0015]一實(shí)施例中:所述X軸滑臺(tái)2由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.35 μm ;所述Y軸滑臺(tái)12由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于Ilym;所述Z軸滑臺(tái)11由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于11 μ m。
[0016]一實(shí)施例中:所述力傳感器4的性能參數(shù)為:測力范圍為-25N?25N，測力精度高于0.0025N，采樣頻率高于8KHz ;所述聲發(fā)射傳感器8的性能參數(shù)為:頻率范圍為48?1010kHz，諧振頻率大于78kHz，靈敏度峰值大于65dB ;所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 18?42KHz，振幅范圍為O?22 μ m。
[0017]—實(shí)施例中:所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數(shù)據(jù)采集卡與第二數(shù)據(jù)采集卡為同一數(shù)據(jù)采集卡。
[0018]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0019]一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備的使用方法，包括:
[0020]I)通過Y軸滑臺(tái)12和Z軸滑臺(tái)11調(diào)整被測試試件6在Y軸方向與Z軸方向上的位置使其正對工具頭5 ；
[0021]2)通過X軸滑臺(tái)2調(diào)整工具頭5在X軸方向上的位置使其與被測試試件6剛好接觸；
[0022]3)啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)以使被測試試件6發(fā)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工具頭5對被測試試件6的沖擊；記錄沖擊時(shí)間；
[0023]4)通過測力系統(tǒng)檢測工具頭5對被測試試件6沖擊過程中力的動(dòng)態(tài)變化；
[0024]5)通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭5對被測試試件6沖擊過程中被測試試件6達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)；
[0025]6)檢測到被測試試件6達(dá)到疲勞破壞后的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，停止超聲振動(dòng)，根據(jù)沖擊時(shí)間、超聲振動(dòng)頻率計(jì)算沖擊次數(shù)，從而得到被測試試件6的沖擊疲勞測試數(shù)據(jù)。
[0026]一實(shí)施例中:所述步驟2)中，判斷工具頭5與被測試試件6剛好接觸的方法包括:
[0027]21)通過X軸滑臺(tái)2調(diào)整工具頭5在X軸方向上的位置使其靠近被測試試件6，至肉眼無法分辨兩者相對位置后用塞尺確定兩者相對位置，繼續(xù)通過X軸滑臺(tái)2調(diào)整兩者相對位置至塞尺最小尺寸；
[0028]22)啟動(dòng)測力系統(tǒng)，每次以X軸滑臺(tái)2的最小位移移動(dòng)X軸滑臺(tái)2并通過測力系統(tǒng)檢測工具頭5與被測試試件6間接觸力的實(shí)時(shí)變化；當(dāng)接觸力到達(dá)臨界值Nrai時(shí)，停止移動(dòng)X軸滑臺(tái)2，此時(shí)即為工具頭5與被測試試件6剛好接觸。
[0029]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030]本發(fā)明提供的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，較傳統(tǒng)的用宏觀尺度的設(shè)備和方法來測試材料微觀尺度上的疲勞特性來說，實(shí)現(xiàn)了對材料微觀高頻沖擊疲勞性能的測試，可以對材料的微觀高頻動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行檢測，得到的結(jié)果更為準(zhǔn)確，從而為材料的使用壽命、結(jié)構(gòu)失效控制等方面提供理論依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032]圖1所示為本發(fā)明的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備示意圖。
[0033]附圖標(biāo)記:1.光學(xué)平板；2.X軸滑臺(tái)；3.L型板；4.力傳感器；5.工具頭；6.被測試試件；7.連接桿；8.聲發(fā)射傳感器；9.超聲變幅桿；10.變幅桿支架；11.Z軸滑臺(tái)；12.Y軸滑臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0035]請查閱圖1，一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，包括:被測試試件6及對被測試試件6進(jìn)行沖擊的工具頭5 ;還包括基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；
[0036]所述基座系統(tǒng)包括光學(xué)平板1，X軸滑臺(tái)2，Y軸滑臺(tái)12，Z軸滑臺(tái)11和L型板3 ；X軸滑臺(tái)2滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板I上且可沿X軸方向滑動(dòng)'Y軸滑臺(tái)12滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板I上且可沿Y軸方向滑動(dòng)；Z軸滑臺(tái)11滑動(dòng)裝接在Y軸滑臺(tái)12上且可沿Z軸方向滑動(dòng)；所述X軸方向、Y軸方向與Z軸方向兩兩垂直；L型板3固定裝接在X軸滑臺(tái)2上；
[0037]所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器，超聲變幅桿9和連接桿7 ;超聲變幅桿9通過變幅桿支架10安裝在Z軸滑臺(tái)11，超聲發(fā)生器傳動(dòng)連接超聲變幅桿9 ;連接桿7固接在超聲變幅桿9上；所述被測試試件6固接在連接桿7上；
[0038]所述測力系統(tǒng)包括力傳感器4，第一電荷放大器和第一數(shù)據(jù)采集卡；力傳感器4固接在L型板3上，該第一電荷放大器信號(hào)連接力傳感器4，該第一數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第一電荷放大器；所述工具頭5固接在力傳感器4 ;
[0039]所述聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器8，第二電荷放大器和第二數(shù)據(jù)采集卡；所述聲發(fā)射傳感器8裝設(shè)于連接桿7內(nèi)，該第二電荷放大器信號(hào)連接聲發(fā)射傳感器8，該第二數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第二電荷放大器；
[0040]通過X軸滑臺(tái)2、Y軸滑臺(tái)12和Z軸滑臺(tái)11使被測試試件6和工具頭5可在X軸方向、Y軸方向與Z軸方向上移動(dòng)從而調(diào)節(jié)被測試試件6與工具頭5的相對位置；通過超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并通過超聲變幅桿9和連接桿7傳遞至被測試試件6以使被測試試件6發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工具頭5對被測試試件6的沖擊；通過測力系統(tǒng)檢測工具頭5與被測試試件6間力的動(dòng)態(tài)變化；通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭5對被測試試件6沖擊過程中被測試試件6達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。
[0041]本實(shí)施例之中，所述工具頭5為金剛石壓頭，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R=0.008 ?0.2mm，圓錐角 Θ = 60 ?120°。
[0042]本實(shí)施例之中，所述被測試試件6經(jīng)過研磨拋光處理以使其表面粗糙度達(dá)到Ra0.1 μ m，該被測試試件6用超聲清洗機(jī)清洗后用環(huán)氧樹脂膠水粘貼在連接桿7。
[0043]本實(shí)施例之中，所述連接桿7為帶錐度螺釘，其螺紋的錐度部分在螺釘?shù)奈膊?，超聲變幅桿9端面上設(shè)有螺紋孔，帶錐度螺釘?shù)腻F度部分與該螺紋孔內(nèi)錐面適配以使連接桿7螺接在超聲變幅桿9上。
[0044]本實(shí)施例之中，所述X軸滑臺(tái)2由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.3 μπι;所述Y軸滑臺(tái)12由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于ΙΟμπι;所述Z軸滑臺(tái)11由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于10 μπι。
[0045]本實(shí)施例之中，所述力傳感器4的性能參數(shù)為:測力范圍為-20Ν?20Ν，測力精度高于0.002Ν，采樣頻率高于1KHz ;所述聲發(fā)射傳感器8的性能參數(shù)為:頻率范圍為50?100kHz，諧振頻率大于80kHz，靈敏度峰值大于70dB ;所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 20?40KHz，振幅范圍為O?20 μ m。
[0046]本實(shí)施例之中，所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數(shù)據(jù)采集卡與第二數(shù)據(jù)采集卡為同一數(shù)據(jù)采集卡。
[0047]本發(fā)明現(xiàn)場使用方式如下:
[0048]I)通過Y軸滑臺(tái)12和Z軸滑臺(tái)11調(diào)整被測試試件6在Y軸方向與Z軸方向上的位置使其正對工具頭5 ；
[0049]2)通過X軸滑臺(tái)2調(diào)整工具頭5在X軸方向上的位置使其與被測試試件6剛好接觸；判斷工具頭5與被測試試件6剛好接觸的方法如下21)-22)所示:
[0050]21)通過X軸滑臺(tái)2調(diào)整工具頭5在X軸方向上的位置使其靠近被測試試件6，至肉眼無法分辨兩者相對位置后用塞尺確定兩者相對位置，繼續(xù)通過X軸滑臺(tái)2調(diào)整兩者相對位置至塞尺最小尺寸；
[0051]22)啟動(dòng)測力系統(tǒng)，每次以X軸滑臺(tái)2的最小位移移動(dòng)X軸滑臺(tái)2并通過測力系統(tǒng)檢測工具頭5與被測試試件6間接觸力的實(shí)時(shí)變化；當(dāng)接觸力到達(dá)臨界值Nrait時(shí)，停止移動(dòng)X軸滑臺(tái)2，此時(shí)即為工具頭5與被測試試件6剛好接觸；所述Nrait= 0.005?0.02N，根據(jù)被測試試件6的材料強(qiáng)度確定，材料強(qiáng)度越大，Nrait越高；本實(shí)施例之中，N crit= 0.0lNo
[0052]3)啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)以使被測試試件6發(fā)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工具頭5對被測試試件6的高頻沖擊；記錄沖擊時(shí)間；
[0053]4)通過測力系統(tǒng)檢測工具頭5對被測試試件6沖擊過程中力的動(dòng)態(tài)變化；
[0054]5)通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭5對被測試試件6沖擊過程中被測試試件6達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)，在沖擊過程中被測試試件6達(dá)到疲勞破壞后，聲發(fā)射信號(hào)會(huì)有明顯的變化；
[0055]6)檢測到被測試試件6達(dá)到疲勞破壞后的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，停止超聲振動(dòng)，根據(jù)沖擊時(shí)間、超聲振動(dòng)頻率計(jì)算沖擊次數(shù)，從而得到被測試試件6的沖擊疲勞測試數(shù)據(jù)。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:包括:被測試試件(6)及對被測試試件(6)進(jìn)行沖擊的工具頭(5);還包括基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)； 所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述被測試試件(6)固接在超聲振動(dòng)系統(tǒng)上；所述聲發(fā)射系統(tǒng)裝接于超聲振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)；所述測力系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述工具頭(5)固接在測力系統(tǒng)上； 通過基座系統(tǒng)調(diào)節(jié)被測試試件(6)與工具頭(5)的相對位置；通過超聲振動(dòng)系統(tǒng)使被測試試件(6)發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工具頭(5)對被測試試件(6)的沖擊；通過測力系統(tǒng)檢測工具頭(5)與被測試試件(6)間力的動(dòng)態(tài)變化；通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭(5)對被測試試件(6)沖擊過程中被測試試件(6)達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于: 所述基座系統(tǒng)包括光學(xué)平板(1)，X軸滑臺(tái)(2)，Y軸滑臺(tái)(12)，Ζ軸滑臺(tái)(11)和L型板(3);Χ軸滑臺(tái)(2)滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板(I)上且可沿X軸方向滑動(dòng)；Υ軸滑臺(tái)(12)滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板(I)上且可沿Y軸方向滑動(dòng)；Ζ軸滑臺(tái)(11)滑動(dòng)裝接在Y軸滑臺(tái)(12)上且可沿Z軸方向滑動(dòng)；所述X軸方向、Y軸方向與Z軸方向兩兩垂直；L型板(3)固定裝接在X軸滑臺(tái)⑵上；通過X軸滑臺(tái)(2)、Υ軸滑臺(tái)(12)和Z軸滑臺(tái)(11)使被測試試件(6)和工具頭(5)可在X軸方向、Y軸方向與Z軸方向上移動(dòng)從而調(diào)節(jié)被測試試件(6)與工具頭(5)的相對位置； 所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器，超聲變幅桿(9)和連接桿(7);超聲變幅桿(9)裝接在Z軸滑臺(tái)(11)，超聲發(fā)生器傳動(dòng)連接超聲變幅桿(9);連接桿(7)固接在超聲變幅桿(9)上；所述被測試試件(6)固接在連接桿(7)上；通過超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并通過超聲變幅桿(9)和連接桿(7)傳遞至被測試試件￠)以使被測試試件(6)發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工具頭(5)對被測試試件(6)的沖擊； 所述測力系統(tǒng)包括力傳感器(4)，第一電荷放大器和第一數(shù)據(jù)采集卡；力傳感器(4)固接在L型板(3)上，該第一電荷放大器信號(hào)連接力傳感器(4)，該第一數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第一電荷放大器；所述工具頭(5)固接在力傳感器(4); 所述聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器(8)，第二電荷放大器和第二數(shù)據(jù)采集卡；所述聲發(fā)射傳感器(8)裝設(shè)于連接桿(7)內(nèi)，該第二電荷放大器信號(hào)連接聲發(fā)射傳感器(8)，該第二數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第二電荷放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:所述工具頭(5)為金剛石壓頭，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.008?0.21mm，圓錐角 Θ =55。?125。。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:所述被測試試件(6)經(jīng)過研磨拋光處理以使其表面粗糙度不大于Ra0.1 ym，該被測試試件(6)用超聲清洗機(jī)清洗后用環(huán)氧樹脂膠水粘貼在連接桿(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:所述連接桿(7)為帶錐度螺釘；所述連接桿(7)螺接在超聲變幅桿(9)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:所述X軸滑臺(tái)(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.35 μ m;所述Y軸滑臺(tái)(12)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于11 μm ;所述Z軸滑臺(tái)(11)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于11 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:所述力傳感器(4)的性能參數(shù)為:測力范圍為-25N?25N，測力精度高于0.0025N，采樣頻率高于SKHz ;所述聲發(fā)射傳感器(8)的性能參數(shù)為:頻率范圍為48?1010kHz，諧振頻率大于78kHz，靈敏度峰值大于65dB ;所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 18?42KHz，振幅范圍為O?22 μ mo
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備，其特征在于:所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數(shù)據(jù)采集卡與第二數(shù)據(jù)采集卡為同一數(shù)據(jù)采集卡。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備的使用方法，其特征在于:包括: 1)通過Y軸滑臺(tái)(12)和Z軸滑臺(tái)(11)調(diào)整被測試試件(6)在Y軸方向與Z軸方向上的位置使其正對工具頭(5); 2)通過X軸滑臺(tái)(2)調(diào)整工具頭(5)在X軸方向上的位置使其與被測試試件(6)剛好接觸； 3)啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)以使被測試試件(6)發(fā)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工具頭(5)對被測試試件(6)的沖擊；記錄沖擊時(shí)間； 4)通過測力系統(tǒng)檢測工具頭(5)對被測試試件(6)沖擊過程中力的動(dòng)態(tài)變化； 5)通過聲發(fā)射系統(tǒng)檢測工具頭(5)對被測試試件(6)沖擊過程中被測試試件(6)達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)； 6)檢測到被測試試件(6)達(dá)到疲勞破壞后的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，停止超聲振動(dòng)，根據(jù)沖擊時(shí)間、超聲振動(dòng)頻率計(jì)算沖擊次數(shù)，從而得到被測試試件(6)的沖擊疲勞測試數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于超聲振動(dòng)的微觀尺度材料沖擊疲勞測試設(shè)備的使用方法，其特征在于:所述步驟2)中，判斷工具頭(5)與被測試試件(6)剛好接觸的方法包括: 21)通過X軸滑臺(tái)(2)調(diào)整工具頭(5)在X軸方向上的位置使其靠近被測試試件(6)，至肉眼無法分辨兩者相對位置后用塞尺確定兩者相對位置，繼續(xù)通過X軸滑臺(tái)(2)調(diào)整兩者相對位置至塞尺最小尺寸； 22)啟動(dòng)測力系統(tǒng)，每次以X軸滑臺(tái)(2)的最小位移移動(dòng)X軸滑臺(tái)(2)并通過測力系統(tǒng)檢測工具頭(5)與被測試試件(6)間接觸力的實(shí)時(shí)變化；當(dāng)接觸力到達(dá)臨界值隊(duì)…時(shí)，停止移動(dòng)X軸滑臺(tái)(2)，此時(shí)即為工具頭(5)與被測試試件(6)剛好接觸。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK104483216SQ201410851905
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】徐西鵬, 姜峰, 王寧昌, 言蘭 申請人:華僑大學(xué)