一种板状超声疲劳试样的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及金属材料超声疲劳性能测试领域，尤其是指一种板状超声疲劳试 样。
【背景技术】
[0002] 超声疲劳试验是一种测试材料疲劳性能的新技术，其采用压电陶瓷换能器将高频 电源供给的电信号转换成相同频率的机械振动，然后经振动位移放大器放大。试样一端与 位移放大器相相连，另外一端自由。在位移放大器的激励下发生谐振，在试样中生成谐振 波，沿试样轴向形成拉一压对称循环载荷，建立纵向位移、应力应变场。
[0003] 相对于传统的疲劳测试技术它的优点显而易见，它测试的工作频率极高，可W大 大的提高疲劳试验的效率，主要用于高强钢的超高周疲劳性能测试。传统的高频疲劳试验 工作频率在100~200Hz，而超声疲劳试验的工作频率可W达到2.0 X IO4Hz，测试一根疲劳 寿命为IX IO9的试样，传统的高频疲劳需要进行100天左右不间断的试验，而超声疲劳试验 仅需要一天左右的时间即可完成。超声疲劳试验技术是疲劳测试领域的一项革命，极大的 提高了试验效率和研发效率。
[0004] 目前钢材的高端市场对超高周疲劳试验有很大的需求，利用超声疲劳试验技术我 们能够得到重大工程用钢IO7周次W上的超高周疲劳性能，并提供给用户，为用户设计更为 安全的疲劳准则提供参考，对推广产品的应用范围，开拓市场空间有着重要的意义。
[0005] 超声疲劳试验机，其设备上的系统控制软件一般配有两种圆弧形试样，如图1、图2 所示。当需要对板状试样进行超声疲劳时，例如需要对汽车板用钢进行超声疲劳时，现有的 控制软件无法完成。运极大的限制了超声疲劳试验机的应用。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本实用新型提供一种板状超声疲劳试样，其特征在于，包括两平 台段和负载段，两平台段为长方体结构，两平台段分别固定连接于所述负载段的两侧，所述 板状超声疲劳试样整体呈对称结构，所述负载段的旋转中屯、呈相向弯曲的弧形，所述弧形 的曲率半径R与变截面段长度Li、负载段最小厚度bi、平台段厚度b2的关系为
〇
[0007] 平台段的长度
，f为振动频率，C为谐振波在材料中的传播速度。
[000引作为优选，所述负载段粗糖度Ra含0.32。
[0009] 所述两平台段和负载段一体成型。
[0010] 平台段的厚度b2 ^ 3mm。
[0011] 本实用新型的优点为：
[0012] 1.本实用新型所述的板状超声疲劳试样尺寸设计方法适用于不同金属材料，涵盖 范围广。
[0013] 2.设计的板状轴向拉压试样能够有效的在超声疲劳试验机上发生谐振，试验频率 高达20曲Z，能够大大加速疲劳试验。
[0014] 3.利用已有的设备和软件通过对圆弧形试样的超声疲劳试验控制间接的实现了 板状试样的超声疲劳试验控制，无需软件和设备的升级，节约了试验成本。
【附图说明】
[0015] 图1、图2为原设备提供的两种圆弧形试样；
[0016] 图3为板状疲劳试验试样的结构示意图；
[0017] 图4为板状超声疲劳试验试样测试示意图；
[0018] 图中：1、平台段，2、负载段，3、换能器，4、位移放大器，5、板状超声疲劳试样，6、冷 却空气喷嘴。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：
[0020] 如图3所示，一种板状超声疲劳试验试样，为汽车板用钢材料，包括两平台段1和负 载段2,两平台段1为长方体结构，两平台段1分别固定连接于所述负载段2的两侧，板状超声 疲劳试样整体呈对称结构，负载段2的旋转中屯、呈相向弯曲的弧形，弧形的曲率半径R与变 截面段长度Li、负载段2最小厚度bi、平台段1厚度b2的关系为
[0021 ] 拟定其尺寸参数；Li = 20mm，bi = 3mm，b2 = 10mm后，根据
计算可得试样的谐振长度L2 = 29.7mm，而后抛光试样中 部的工作区域，即板状试样过渡弧表面，达到光洁度Ra = O.32。对试样的一侧进行攻孔，螺 孔直径为5mm。
[0022] 测量出汽车板用钢材料弹性模量E = 206G化，密度P = 7850kg/m3,谐振波在材料中 的传播速度
[0023] 将加工好的试样固定在超声疲劳试验机位移放大器中，调整冷却空气喷嘴，对准 试样应力集中部位，打开阀口，冷却试样，如图4所示。
[0024] 打开超声疲劳系统控制软件，选取圆弧形试样类型，拟定圆弧形试样尺寸参数 左'i''=2〇mm，辟=1.Smm,妈=Smm,由超声疲劳试验机系统控制软件可W求得试样 的谐振长度巧=9.86 mm。
[0025] 拟定板状试样需要加载的应力幅值〇max = 300M化，根据拟定的圆弧形试样的尺寸 参数巧=2〇mm，帮=l.5mm，骑=紅皿，巧=9.86mm和状试样的尺寸参数I^i = 20mm，L2 = 29.7mm，bi = 3mm，b2= lOmm。由应力转换公式求得在与板状试样相同的位移振幅 下对应的圆弧形试样需要加载的应力幅值式L、=443MPa,即需要在系统控制软件中输入 的圆弧形试样对应的应力幅值。
[0026] 在控制系统软件中设定好其他各项试验参数后，开始板状样的轴向拉压
[0027] 超声疲劳试验，振动频率为20kHz，经过1.38 X IO6周次的循环后，试样断裂。
[0028] W上实施例仅用W说明本材料的技术实施方案而非限制，尽管参照较佳实施例对 本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可W对本实用新型的技术 方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在 本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种板状超声疲劳试样，其特征在于:包括两平台段（1)和负载段(2)，所述两平台段 为长方体结构，所述两平台段（1)分别固定连接于所述负载段(2)的两侧，所述板状超声疲 劳试样整体呈对称结构，所述负载段(2)的旋转中心呈相向弯曲的弧形;所述负载段(2)粗 糙度 RZ0.32。2. 根据权利要求1所述的一种板状超声疲劳试样，其特征在于，所述两平台段（1)和负 载段(2)-体成型。3. 根据权利要求1所述的一种板状超声疲劳试样，其特征在于，所述平台段（1)厚度b2 > 3mm〇
【专利摘要】本实用新型提供一种板状超声疲劳试样，包括两平台段和负载段，两平台段分别固定连接于所述负载段的两侧，所述板状超声疲劳试样整体呈对称结构，所述负载段的旋转中心呈相向弯曲的弧形。本实用新型所述的板状超声疲劳试样尺寸设计方法适用于不同金属材料，涵盖范围广；能够大大加速疲劳试验；利用已有的设备和软件通过对圆弧形试样的超声疲劳试验控制间接的实现了板状试样的超声疲劳试验控制，无需软件和设备的升级，节约了试验成本。
【IPC分类】G01N29/04
【公开号】CN205193016
【申请号】CN201520691781
【发明人】彭文杰, 薛欢, 陈一鸣, 蔡毅, 曾永龙, 余立
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年9月7日