近年来,随着超声换能器的研究不断深入,用超声换能器开发的声波钻的技术越来越成熟,应用到科学和生活的产品日渐增多。对于声波钻的工作原理、振动特性、输出特性以及振动沉入等性能的研究已日渐成熟。实验室对声波钻进行了设计以及建模,初步完成了其动力学分析,钻杆的疲劳分析,验证了连接方式对其钻进性能的影响,但同时对于碎岩机理的解释方面还有待完善。在此研究背景下,本文从声波钻破碎岩石的方式这一切入点,在实验室已有的声波钻的基础上设计一个疲劳试验装置,通过试验来确定其破碎是属于机械冲击破碎还是疲劳破碎,进而为碎岩机理的解释奠定一定的基础。其主要要就内容为:(1)根据声波钻的工作原理以及超声振动疲劳试验的工作原理,对试样的结构尺寸以及底座的长度进行了设计计算、材料选择以及优化,并用ANSYS仿真求解其固有频率为23612Hz,与实验室超声换能器固有频率相同,并对整个疲劳试验系统进行了谐响应分析,求解其共振时振型,满足在试样截面处应力最大,位移为零的要求,能够达到加速其应力循环的效果,从而完成了对超声疲劳试验系统的设计。(2)对不同的应力大小调整方案进行了初步设计。针对于不同的岩石样品以及同样材质的岩石样品的不同尺寸,需要调整整个装置实现不同的应力大小从而实现不同的循环周次,使得试验数据更加可靠,绘制出的S-N曲线能较为清楚地解释岩石破碎的方式。通过以上研究,为超声换能器应用于超声疲劳试验提供了理论基础,并为碎岩机理的解释奠定了基础。