超聲波疲勞試驗機以及超聲波疲勞試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過超聲波使試驗片產(chǎn)生諧振來進行疲勞試驗的超聲波疲勞試驗機以及超聲波疲勞試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，利用超聲波對試驗片施加振動，評價金屬材料等的疲勞壽命的超聲波疲勞試驗是已知的。在這樣的超聲波疲勞試驗中，例如，通過使試驗片與20kHz的正弦波振動產(chǎn)生諧振，從而使試驗片負擔了重復(fù)應(yīng)力。
[0003]另一方面，在超聲波疲勞試驗中，由于對試驗片施加高頻的重復(fù)載荷，因而材料的內(nèi)部發(fā)熱所引起的試驗片的溫度上升成為問題。因此，提出了一種超聲波疲勞試驗機，在試驗中測量試驗片附近的溫度，在該溫度成為給定值以上時，噴吹液態(tài)氮來冷卻試驗片(參照專利文獻I)。
[0004]此外，提出了一種超聲波疲勞試驗機，為了抑制試驗片的內(nèi)部發(fā)熱，進行周期性反復(fù)將超聲波振動施加給試驗片的加振與中止的、所謂間歇運轉(zhuǎn)(參照專利文獻2)。
[0005]在先技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:JP實開昭62-128350號公報
[0008]專利文獻2:JP特開200717288號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]但是，在超聲波疲勞試驗中進行間歇運轉(zhuǎn)的情況下，需要適當調(diào)整將超聲波振動施加給試驗片的加振時間、和為了冷卻試驗片而使加振暫時地停止的中止時間，以使得能夠?qū)⒃囼炂臏囟壬仙种频帽扰c材料相應(yīng)的能夠容許的范圍低的同時，在短時間內(nèi)進行對試驗片施加相同次數(shù)的振動。
[0011]另一方面，因超聲波振動而引起的試驗片內(nèi)部的發(fā)熱量，根據(jù)使試驗片振動的應(yīng)力負荷的不同而變動。此外，即使對試驗片施加相同的應(yīng)力負荷，試驗片內(nèi)部的發(fā)熱量也根據(jù)試驗片的材質(zhì)、表面處理等的不同而變動。而且，在為了抑制試驗片的溫度上升，而將間歇運轉(zhuǎn)和基于冷卻空氣的噴吹的冷卻進行了組合的情況下，根據(jù)冷卻空氣對試驗片的噴吹方向、冷卻空氣的溫度，試驗片的冷卻速度會變動。
[0012]專利文獻I所記載的超聲波疲勞試驗機對試驗片的溫度進行測量，但該試驗片的溫度是測量根據(jù)從試驗片的表面發(fā)出的熱而變動的試驗片附近的溫度(表面溫度)而得到的，并不是測量試驗片內(nèi)部的溫度。因此，存在雖然試驗片的表面溫度下降了，但試驗片內(nèi)部的溫度依然很高的狀態(tài)。
[0013]而且，在現(xiàn)有的這種超聲波疲勞試驗機所進行的試驗中，按照試驗者通過試錯而決定的加振和中止的周期來進行間歇運轉(zhuǎn)，但求取用于該間歇運轉(zhuǎn)的加振和中止的最佳定時的作業(yè)對于試驗者而言是費事的作業(yè)。此外，有時試驗者花費工夫而決定的加振和中止的定時并不一定是最佳定時。這里的最佳定時指的是在將試驗片的發(fā)熱量抑制得比疲勞試驗中能夠容許的溫度上升要低，并對試驗片施加相同次數(shù)的振動的情況下，試驗時間成為最短的加振和中止的重復(fù)的定時。而且，在以這樣的最佳定時不能進行對試驗片的加振和中止的情況下，也有時疲勞試驗本身以失敗告終。對于這樣現(xiàn)有的這種超聲波疲勞試驗機而言，考慮到根據(jù)試驗片的種類、試驗內(nèi)容等而變動的試驗中的試驗片內(nèi)部的溫度，很難預(yù)先適當?shù)卦O(shè)定用于間歇運轉(zhuǎn)的加振和中止的定時。
[0014]本發(fā)明為了解決上述課題而作，其目的在于提供一種能夠在試驗中適當?shù)卣{(diào)整間歇運轉(zhuǎn)中的加振時間和中止時間的超聲波疲勞試驗機。
[0015]用于解決課題的手段
[0016]技術(shù)方案I所記載的發(fā)明是一種超聲波疲勞試驗機，其具備:振蕩器，其輸出使高頻產(chǎn)生的電信號；超聲波振子，其接受來自所述振蕩器的電信號進行振動；喇叭，其在前端安裝試驗片，并將來自所述超聲波振子的超聲波振動放大而傳遞到所述試驗片；和位移計，其配置于從與固定于所述喇叭的端部相反側(cè)的所述試驗片的自由端的端面隔開給定距離的位置，并測量到所述試驗片的端面為止的距離，所述超聲波疲勞試驗機通過反復(fù)對所述試驗片的加振和中止的間歇運轉(zhuǎn)來進行疲勞試驗，所述超聲波疲勞試驗機的特征在于，具備控制部，所述控制部具有內(nèi)部溫度推定部，并基于由所述內(nèi)部溫度推定部推定出的所述試驗片的內(nèi)部溫度，對來自所述振蕩器的信號輸出的開始和停止進行控制，所述內(nèi)部溫度推定部根據(jù)由所述位移計測量出的、從所述位移計到所述試驗片的端面為止的距離的變化量，來推定因超聲波振動而引起的材料的內(nèi)部發(fā)熱所導(dǎo)致的所述試驗片的內(nèi)部溫度。
[0017]技術(shù)方案2所記載的發(fā)明，是在技術(shù)方案I所記載的發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述內(nèi)部溫度推定部利用試驗片材料的線膨脹系數(shù)來推定所述試驗片的內(nèi)部溫度。
[0018]技術(shù)方案3所記載的發(fā)明，是在技術(shù)方案I所記載的發(fā)明中，所述控制部具有:容許范圍設(shè)定部，其設(shè)定試驗中與能夠容許的所述試驗片的內(nèi)部溫度的上升相對應(yīng)的所述變化量的最大容許量和最小容許量；和判定部，其在所述試驗片被加振時，對所述變化量是否大于最大容許量進行判定；在對所述試驗片的加振被中止時，對所述變化量是否小于最小容許量進行判定，在所述試驗片被加振時，當所述判定部判定出所述變化量大于最大容許量時，停止來自所述振蕩器的信號輸出；在對所述試驗片的加振被中止時，當所述判定部判定出所述變化量小于最小容許量時，開始來自所述振蕩器的信號輸出。
[0019]技術(shù)方案4所記載的發(fā)明是在超聲波材料試驗機中，通過反復(fù)對所述試驗片的加振和中止的間歇運轉(zhuǎn)來進行疲勞試驗的超聲波疲勞試驗方法，所述超聲波材料試驗機具備:振蕩器，其輸出使高頻產(chǎn)生的電信號；超聲波振子，其接受來自所述振蕩器的電信號進行振動；喇叭，其在前端安裝試驗片，并將來自所述超聲波振子的超聲波振動放大并傳遞到所述試驗片；和位移計，其配置于從與固定于所述喇叭的端部相反側(cè)的所述試驗片的自由端的端面隔開給定距離的位置，并測量到所述試驗片的端面為止的距離，所述超聲波疲勞試驗方法的特征在于，包括:內(nèi)部溫度推定工序，根據(jù)由所述位移計測量出的、從所述位移計到所述試驗片的端面為止的距離的變化量，來推定因超聲波振動而引起的材料的內(nèi)部發(fā)熱所導(dǎo)致的所述試驗片的內(nèi)部溫度；容許范圍工序，設(shè)定試驗中與能夠容許的所述試驗片的內(nèi)部溫度的上升相對應(yīng)的所述變化量的最大容許量和最小容許量；和判定工序，在所述試驗片被加振時，對所述變化量是否大于最大容許量進行判定；在對所述試驗片的加振被中止時，對所述變化量是否小于最小容許量進行判定，在所述試驗片被加振時，當所述判定工序中判定出所述變化量大于最大容許量時，停止來自所述振蕩器的信號輸出；在對所述試驗片的加振被中止時，當所述判定工序中判定出所述變化量小于最小容許量時，開始從所述振蕩器的信號輸出。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)技術(shù)方案I以及技術(shù)方案2所記載的發(fā)明，根據(jù)相當于試驗中的試驗片的位移量的從位移計到試驗片的端面為止的距離的變化量來推定試驗片內(nèi)部的發(fā)熱量，所以能夠根據(jù)試驗片的內(nèi)部溫度，在試驗中適當?shù)卣{(diào)整間歇運轉(zhuǎn)中的加振時間和中止時間。因此，能夠適當?shù)貓?zhí)行超聲波疲勞試驗。
[0022]根據(jù)技術(shù)方案3以及技術(shù)方案4所記載的發(fā)明，具備設(shè)定與試驗片的內(nèi)部溫度的上升相對應(yīng)的試驗片的位移量的最大容許量和最小容許量的容許范圍設(shè)定部(容許范圍設(shè)定工序)、以及在試驗片被加振時對位移量是否大于最大容許量進行判定；在對試驗片的加振被中止時對位移量是否小于最小容許量進行判定的判定部(判定工序)，因此能夠進行控制使得試驗中的試驗片的發(fā)熱抑制在疲勞試驗中能夠容許的范圍內(nèi)，能夠更加適當?shù)貓?zhí)行疲勞試驗。
【附圖說明】
[0023]圖1是表示本發(fā)明的超聲波疲勞試驗機的主要構(gòu)成的概要圖。
[0024]