超声波疲劳试验机的基本原理与设备组成

　　在许多应用中，承受周期性或重复性机械应力的金属部件在低于静态测试值的情况下会失效。这个过程称为疲劳破坏，它起源于应力集中的点，例如尖锐的末端，凹口或夹杂物。一旦成核，裂纹就会由于循环应力而传播通过部件，直到破裂。据估计，疲劳造成了服务中90%的机械故障。机械故障会导致很严重的事故，例如飞机失事、交通事故等。因此为了避免此类事件的发生，测试疲劳度机器应运而生。
 

　　超声波疲劳试验机作为一种加速疲劳测试技术，可以大大减少新工艺和新材料的应用周期的技术设备，受到发电、空间、核能、航空等重要领域的青睐。超声疲劳试验机被要求具有很高的性能，以确保在超声疲劳测试领域中具有特定的应用技术。
 

　　超声波疲劳试验机被用于进行超声波疲劳测试。超声波疲劳测试基于纵波沿着给定材料的样本的传播，从而对被测元件产生周期性的应力压缩效应。一段时间后，每种材料的不同，裂纹会在试样的中心成核，一直扩展到产生疲劳破坏。纵向机械波由在设备的电子级产生的充满正弦电信号的机电换能器产生。产生，放大并最终将电信号发送到由压电环组成的超声换能器，以将电压和电流转换为纵向机械位移。下图展示了一个超声波换能器和所产生的机械波的放大。
 

　　超声疲劳测试的工作原理是在整个系统的共振频率下工作，使用压电陶瓷弹性振动波的共振试验方法，该共振频率包括换能器和测试的疲劳样本。因此，使共振中的位置移动大化会降低所提供的电能。样品的几何形状是获得超声疲劳测试所需的应力和应变振幅值的基础。通过开槽，可以放大样品中心的应力和应变，从而降低实现所需振幅所需的电功率。另外，必须计算试样的长度，以允许在切口上形成最大纵向应力应变，在端部产生最大位移的驻波。
 

　　超声波疲劳测试机的由超声波换能器、超声波发生器、变幅杆、工具头和试样测试组成。换能器是将电信号转换为机械振动的设备，由超声波发生器控制。超声波发生器将50Hz电压转换为具有系统共振频率的正弦电信号。变幅杆会放大来自换能器的振动，以便在样品的中间部分获得所需的应力幅度。工具头能将系统的高频振动传递给样品测试，从而达到疲劳试验的最终目的。样品测试的特点是相对于纵向尺寸的中心对称，与其他元件不同，该共振元件是一次性的，只能使用一次。标本的测试是在车间设计和加工的。超声波发生器是由计算机控制的，因此整个系统(换能器，工具头和样品)的共振在整个测试过程中都得以保持。在超声波疲劳机外设置集成化系统，使得整个金属的疲劳试验更加精准。
 

　　超声波疲劳测试实现了20kHz的*频率，一天即可实现109个周期，而传统的100Hz疲劳测试则需要3个月。例如，在用于车辆的内燃机和航空涡轮叶片或发电的组件。使用工作频率为20Hz的传统液压机进行周期测量需要17年，传统疲劳机的测试周期过长，使得有必要开发一种更有效的方法。超声疲劳试验机应运而生，仅仅需要20kHz的工作频率便可以在不到一周的时间内完成测量，测试效率大大提高。