專利名稱：顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬機(jī)電類，特別涉及一種顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置。可作為獨(dú)立拉伸/壓縮模式或三點彎曲模式材料性能測試裝置獨(dú)立使用，亦可實現(xiàn)在給定拉伸/壓縮應(yīng)力水平下的三點彎曲測試或給定彎曲應(yīng)力狀態(tài)下的拉伸/壓縮測試，即復(fù)合載荷測試模式。此外,結(jié)合光學(xué)顯微成像的高分辨率在線監(jiān)測,可對材料的微觀力學(xué)行為和變性損傷過程進(jìn)行實時觀察。同時，通過對驅(qū)動單元的閉環(huán)控制及載荷/位移信號的采集，亦可擬合材料在復(fù)合載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變歷程，為復(fù)合載荷模式下材料的力學(xué)性能測試提供了方法。
背景技術(shù)：
在實際工況下，材料及其制品往往受到非單一載荷形式的作用，如拉彎組合、壓剪組合及拉扭組合等，單一載荷形式的力學(xué)測試難以準(zhǔn)確刻劃實際工況下材料及構(gòu)件的受載形式，即無法對復(fù)合載荷作用下材料的力學(xué)性能做出準(zhǔn)確評價。如材料在拉應(yīng)力作用下往往使其發(fā)生臨界斷裂破壞的彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗彎強(qiáng)度，在彎曲應(yīng)力作用下其發(fā)生臨界斷裂破壞的拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度。現(xiàn)有研究中，復(fù)合載荷模式的加載主要是通過將被測試件通過與拉伸/壓縮軸線互成角度的不規(guī)則裝夾來實現(xiàn)的，即驅(qū)動源輸出的加載力主要是是拉伸/壓縮的軸向力，通過不同軸或不等高的拉伸/壓縮模式使材料內(nèi)部出現(xiàn)拉彎組合或壓剪組合等復(fù)合載荷測試形式。上述測試方法難以實現(xiàn)對不同單一載荷模式的解析， 同時，兩種或多種載荷模式無法獨(dú)立加載或依次加載，無法就材料及其制品在復(fù)合載荷作用下的力學(xué)性能及變性損傷機(jī)制做出準(zhǔn)確評價。拉伸/壓縮及三點彎曲力學(xué)測試作為最能直觀反映材料力學(xué)性能的有效評價手段，可直接獲取如彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗彎/拉強(qiáng)度等重要力學(xué)參數(shù)，基于這兩種單一載荷形式的復(fù)合載荷測試模式亦為實際工況中較為普遍，且導(dǎo)致材料及其制品失效破壞的主要原因。微觀尺度下對試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測試過程中，通過顯微鏡等成像儀器可對載荷作用下材料發(fā)生的微觀變形、損傷直至失效破壞的過程進(jìn)行全程動態(tài)監(jiān)測。通過這種力學(xué)測試手段，可以揭示出外界載荷作用下材料變形損傷的規(guī)律，就特征尺寸厘米級以上的宏觀試件所開展的有關(guān)測試因可避免因為微構(gòu)件的尺寸效應(yīng)等問題帶來的困擾，將更有利于研究材料及其制品服役狀態(tài)下的真實微觀力學(xué)行為與變形損傷機(jī)制。與此同時，在已有的可用于原位觀測的復(fù)合載荷測試裝置及研究的報道中，主要是針對低維材料等微尺度構(gòu)件的測試，如果碳納米管、線或帶有預(yù)制缺口的薄膜材料等，前者需要借助掃描電鏡等成像系統(tǒng)及聚焦離子束等復(fù)雜方法完成微器件的夾持，且多基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等復(fù)雜工藝實現(xiàn)，后者大都需要借助基板材料來實現(xiàn)試樣的合成和生長， 且往往需要腐蝕和沉積等復(fù)雜工藝方法，且因用于附著薄膜材料的基板往往為硬脆性材料，夾持較為困難，因此對此種材料的力學(xué)測試多見于單軸壓縮測試，測試方法較為單一。 針對特征尺寸厘米級以上三維試件的復(fù)合載荷測試，未涉及借助成像儀器的原位觀測，無法較為深入的開展復(fù)合載荷與材料的微觀力學(xué)行為及變性損傷過程的結(jié)合性研究。[0005]因此，設(shè)計一種可用與顯微鏡下純拉伸/壓縮、純?nèi)c彎曲測試及拉伸/壓縮-彎曲復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試平臺以十分必要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題?？杉杉兝?壓縮測試、純?nèi)c彎曲測試及基于上述兩種單一載荷形式的復(fù)合載荷測試。測試平臺由精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元、精密彎曲載荷驅(qū)動單元、夾持單元、檢測單元等組成。測試平臺結(jié)構(gòu)小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，且可在光學(xué)顯微鏡的實時顯微觀測下開展上述測試。復(fù)合載荷的加載模式，符合材料及構(gòu)件在實際工況下的應(yīng)力水平，本實用新型針對特征尺寸厘米級以上三維試件所研制，拉伸/壓縮及三點彎曲載荷可獨(dú)立加載或依次加載，結(jié)合光學(xué)顯微成像系統(tǒng)對對材料的裂紋萌生、擴(kuò)展和材料失效斷裂過程進(jìn)行原位監(jiān)測，進(jìn)而對材料在復(fù)合載荷作用下的微觀力學(xué)行為和變形損傷機(jī)制進(jìn)行深入研究?？勺鳛楠?dú)立拉伸/壓縮模式或三點彎曲模式材料性能測試裝置獨(dú)立使用，亦可實現(xiàn)在給定拉伸/壓縮應(yīng)力水平下的三點彎曲測試或給定彎曲應(yīng)力狀態(tài)下的拉伸/壓縮測試，即復(fù)合載荷測試模式。此外，結(jié)合光學(xué)顯微成像的高分辨率在線監(jiān)測，可對材料的微觀力學(xué)行為和變性損傷過程進(jìn)行實時觀察。同時，通過對驅(qū)動單元的閉環(huán)控制及載荷/位移信號的采集，亦可擬合材料在復(fù)合載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變歷程，為復(fù)合載荷模式下材料的力學(xué)性能測試提供了方法。本實用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，包括精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元、精密彎曲載荷驅(qū)動單元、夾持單元及檢測單元，所述精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元是直流伺服電機(jī)2與由減速器4、同步帶5、同步帶輪6及精密滾珠絲杠29構(gòu)成的傳動單元相連接，直流伺服電機(jī)2以脈沖/換向方式輸出精密角位移及可控扭矩，通過與直流伺服電機(jī)2相連接的減速器4、同步帶5及同步帶輪6及精密滾珠絲杠29等組成的傳動單元將直流伺服電機(jī)2提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，直流伺服電機(jī)2與精密滾絲杠29分別通過直流伺服電機(jī)法蘭架3及滾珠絲杠支承座8與測試平臺基座11相連接；所述精密彎曲載荷驅(qū)動單元是直線電機(jī)15固定在X向精密移動平臺13上，提供 X方向精密直線位移，所述X向精密移動平臺13的下層與測試平臺基座11剛性連接；所述夾持單元由夾具體支撐架10、夾具體壓板12及夾具19構(gòu)成，其中夾具體支撐架10分別與滾珠絲杠方螺母I、II 9、22剛性連接；夾具19與被測試件18的接觸面設(shè)有滾花狀結(jié)構(gòu)，通過夾具體壓板12的預(yù)緊來提供穩(wěn)定的夾持力；所述檢測單元由拉壓力傳感器20、壓力傳感器16及直流伺服電機(jī)編碼器I組成， 分別用以檢測復(fù)合載荷測試中被測試件19所受的拉伸/壓縮載荷、三點彎曲載荷及拉伸壓縮變形量；同時，拉壓力傳感器20及直流伺服電機(jī)編碼器I可分別通過載荷模擬信號及編碼器標(biāo)定變形數(shù)字信號為直流伺服電機(jī)2提供精密脈沖/方向閉環(huán)控制模式的反饋源；所述拉壓力傳感器(20)通過拉壓力傳感器基座(21)與滾珠絲杠方螺母II (22)固定連接；所述壓力傳感器(16)的一端與壓力傳感器基座(23)連接，另一端與三點彎頭(17)連接，所述直流伺服電機(jī)編碼器(I)與直流伺服電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子同軸連接；所述的精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元由同步帶傳動實現(xiàn)運(yùn)動及動力傳遞，其中同步帶輪6通過鍵25分別與減速器4及精密滾珠絲杠29連接。所述的精密彎曲載荷驅(qū)動單元整體安裝于具有單自由度的手動精密驅(qū)動平臺上， 三點彎曲測試的驅(qū)動動力源是由直線電機(jī)15提供的，用于三點彎曲測試的壓力傳感器16 與三點彎頭17剛性連接，X向精密移動平臺13用于對三點彎曲的初始接觸進(jìn)行手動粗調(diào)， 直線電機(jī)15用于三點彎曲測試的初始接觸精調(diào)及提供彎曲載荷動力源。所述的用于夾持被測試件的夾具19與被測試件18的接觸面設(shè)有致密的滾花狀結(jié)構(gòu)；夾具體壓板12通過螺栓連接方式與夾具體支撐架11連接，并與夾具19以面接觸方式剛性接觸；夾具體支撐架11與滾珠絲杠方螺母II 22剛性連接。所述的三點彎頭17及滾珠絲杠螺母副I、II 9、22的運(yùn)動時序可控，且可分別獨(dú)立驅(qū)動；即測試平臺可分別實現(xiàn)純拉伸/壓縮測試、純?nèi)c彎曲測試及拉伸/壓縮-彎曲復(fù)合載荷測試。所述的精密雙向滾珠絲杠29設(shè)有兩段旋向相異的小導(dǎo)程滾道，即可確保在給定應(yīng)力水平的拉伸測試過程中，滾珠絲杠螺母支架I、11 9、22可實現(xiàn)同步的反向運(yùn)動，從而保證被測試件18的幾何中心位置始終處于成像區(qū)域的最中央，便于成像儀器的觀測及圖像記錄，同時，導(dǎo)軌滑塊I、II 27,28分別通過燕尾槽型機(jī)構(gòu)緊貼于精密導(dǎo)軌軌道7上，并分別與滾珠絲杠螺母支架I、II 9、22剛性連接，對精密雙向滾珠絲杠螺母副所輸出的往復(fù)運(yùn)動起到精密導(dǎo)向作用。本實用新型所述的測試平臺主體尺寸為147mmX 118mmX58mm,可安裝于金相顯微鏡等光學(xué)顯微鏡的載物平臺上，即與主流高分辨率顯微成像組件均具有良好的結(jié)構(gòu)兼容性。本實用新型的有益效果在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可提供在任意拉伸/ 壓縮應(yīng)力水平下的三點彎曲測試模式或在任意彎曲應(yīng)力水平下的拉伸/壓縮測試模式，即拉伸/壓縮-三點彎曲復(fù)合載荷測試模式。同時測試平臺可置于光學(xué)成像組件的載物平臺上，可以開展在高分辨率顯微成像系統(tǒng)在線觀測下的原位復(fù)合載荷測試。測試材料范圍廣， 測試內(nèi)容豐富，可針對各類特征尺寸厘米級以上的三維宏觀試件的微觀力學(xué)行為和變形損傷機(jī)制做出準(zhǔn)確評價。拉伸-彎曲及壓縮-彎曲復(fù)合載荷模式更復(fù)合材料及其制品在工作中的實際應(yīng)力狀態(tài)。同時，拉伸/壓縮驅(qū)動力及彎曲驅(qū)動力的精確閉環(huán)控制亦可通過兩種載荷傳感器及光電編碼器提供的模擬量或數(shù)字量反饋來實現(xiàn)。綜上所述，本實用新型對豐富原位和促進(jìn)材料力學(xué)性能測試技術(shù)及裝備具有重要的理論意義和良好的應(yīng)用開發(fā)前途。
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分， 本實用新型的示意性實例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。圖I為本實用新型的整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的后視示意圖；圖3為本實用新型的左視示意圖；圖4為本實用新型的俯視示意圖；圖5、圖6為本實用新型的夾持單元示意圖；[0024]圖7、圖8為本實用新型的彎曲單元示意圖。圖中1、直流伺服電機(jī)編碼器；2、直流伺服電機(jī)；3、直流伺服電機(jī)法蘭架；4、 減速器；5、同步帶；6、同步帶輪；7、精密導(dǎo)軌；8、滾珠絲杠支承座；9、滾珠絲杠方螺母I ; 10、夾具支撐架；11、基座；12、夾具體壓板；13、X向精密移動平臺；14、直線電機(jī)法蘭架；15、直線電機(jī)；16、壓力傳感器；17、三點彎頭；18、被測試件；19、夾具；20、拉壓力傳感器；21、拉壓力傳感器基座；22、滾珠絲杠方螺母II ;23、壓力傳感器基座；24、夾具體緊固螺釘；25、鍵；26、拉壓力傳感器緊固螺釘；27、滑塊I ; 28、滑塊II ； 29、精密滾珠絲杠。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實施方式
。參見圖I至圖8，本實用新型的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，包括精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元、精密彎曲載荷驅(qū)動單元、夾持單元及檢測單元， 所述精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元是直流伺服電機(jī)2與由減速器4、同步帶5、同步帶輪6 及精密滾珠絲杠29構(gòu)成的傳動單元相連接，直流伺服電機(jī)2以脈沖/換向方式輸出精密角位移及可控扭矩，通過與直流伺服電機(jī)2相連接的減速器4、同步帶5及同步帶輪6及精密滾珠絲杠29等組成的傳動單元將直流伺服電機(jī)2提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，直流伺服電機(jī)2與精密滾絲杠29分別通過直流伺服電機(jī)法蘭架3及滾珠絲杠支承座8與測試平臺基座11相連接；所述精密彎曲載荷驅(qū)動單元是直線電機(jī)15通過直線電機(jī)基座23固定在X向精密移動平臺13上，提供X方向精密直線位移，所述X向精密移動平臺13的下層與測試平臺基座11剛性連接；所述夾持單元由夾具體支撐架10、夾具體壓板12及夾具19構(gòu)成，其中夾具體支撐架10分別與滾珠絲杠方螺母I、II 9、22剛性連接；夾具19與被測試件18的接觸面設(shè)有滾花狀結(jié)構(gòu)，通過夾具體壓板12的預(yù)緊來提供穩(wěn)定的夾持力；所述檢測單元由拉壓力傳感器20、壓力傳感器16及直流伺服電機(jī)編碼器I組成， 分別用以檢測復(fù)合載荷測試中被測試件19所受的拉伸/壓縮載荷、三點彎曲載荷及拉伸壓縮變形量；同時，拉壓力傳感器20及直流伺服電機(jī)編碼器I可分別通過載荷模擬信號及編碼器標(biāo)定變形數(shù)字信號為直流伺服電機(jī)2提供精密脈沖/方向閉環(huán)控制模式的反饋源；所述拉壓力傳感器20通過拉壓力傳感器基座21及拉壓力傳感器緊固螺釘26與滾珠絲杠方螺母II 22固定連接；所述壓力傳感器16的一端與直線電機(jī)15連接，另一端與三點彎頭17 連接，所述直流伺服電機(jī)編碼器I連接在直流伺服電機(jī)2的端部；所述的精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元由同步帶傳動實現(xiàn)運(yùn)動及動力傳遞，其中同步帶輪6通過鍵25分別與減速器4及精密滾珠絲杠29連接。所述的精密彎曲載荷驅(qū)動單元整體安裝于具有單自由度的手動精密驅(qū)動平臺上， 三點彎曲測試的驅(qū)動動力源是由直線電機(jī)15提供的，用于三點彎曲測試的壓力傳感器16 與三點彎頭17剛性連接，X向精密移動平臺13用于對三點彎曲的初始接觸進(jìn)行手動粗調(diào)， 直線電機(jī)15用于三點彎曲測試的初始接觸精調(diào)及提供彎曲載荷動力源。所述的用于夾持被測試件的夾具19與被測試件18的接觸面設(shè)有致密的滾花狀結(jié)構(gòu)；夾具體壓板12通過螺栓連接方式與夾具體支撐架11連接，并與夾具19以面接觸方式剛性接觸；夾具體支撐架11與滾珠絲杠方螺母II 22剛性連接。所述的三點彎頭17及滾珠絲杠螺母副I、II 9、22的運(yùn)動時序可控，且可分別獨(dú)立驅(qū)動；即測試平臺可分別實現(xiàn)純拉伸/壓縮測試、純?nèi)c彎曲測試及拉伸/壓縮-彎曲復(fù)合載荷測試。所述的精密雙向滾珠絲杠29設(shè)有兩段旋向相異的小導(dǎo)程滾道，即可確保在給定應(yīng)力水平的拉伸測試過程中，滾珠絲杠螺母支架I、11 9、22可實現(xiàn)同步的反向運(yùn)動，從而保證被測試件18的幾何中心位置始終處于成像區(qū)域的最中央，便于成像儀器的觀測及圖像記錄，同時，導(dǎo)軌滑塊I、II 27,28分別通過燕尾槽型機(jī)構(gòu)緊貼于精密導(dǎo)軌7上，并分別與滾珠絲杠螺母支架I、II 9、22剛性連接，對精密雙向滾珠絲杠螺母副所輸出的往復(fù)運(yùn)動起到精密導(dǎo)向作用。本實用新型所述的測試平臺主體尺寸為147mmX118mmX58mm,可安裝于金相顯微鏡等光學(xué)顯微鏡的載物平臺上，即與主流高分辨率顯微成像組件均具有良好的結(jié)構(gòu)兼容性。參見圖I至圖8，本實用新型涉及的顯微鏡下小型化拉伸/壓縮彎曲復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試平臺中所涉及到的元器件具體型號為直流伺服電機(jī)2型號為 Maxon RE-MAX22 25W、拉壓力傳感器14型號為TEST-304型、高線數(shù)光電編碼器I型號為HEDL9140-1000、壓力傳感器16型號為UNIPULSE-1000、直線電機(jī)15型號為28BY。直流伺服電機(jī)2及直線電機(jī)15的精密運(yùn)動輸出均由脈沖/方向模式控制，拉壓力傳感器20 型號為TEST-304型、壓力傳感器16型號為UNIPULSE-1000及高線數(shù)光電編碼器型號為 HEDL9140-1000可分別提供載荷模擬量信號或編碼器標(biāo)定位移數(shù)字量信號為測試平臺的閉環(huán)控制提供反饋源。在實施測試前，需要對用于拉伸/壓縮載荷測試的拉壓力傳感器及用于三點彎曲的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定測試，同時利用激光測微儀對在一定載荷作用下傳感器的彈性變形值進(jìn)行測試，便于對拉伸/壓縮及三點彎曲載荷作用下試件的變形進(jìn)行計算。在具體的測試過程中，首先為便于顯微成像系統(tǒng)對被測試件18的觀測及圖像采集，在試件制備的過程中，需采用線切割加工方法試制處帶有應(yīng)力薄弱區(qū)域或預(yù)知缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件，并通過單面拋光處理得到較好表面光潔度，或通過化學(xué)腐蝕等工藝得到金相等顯微形貌，之后給定直流伺服電機(jī)2適當(dāng)轉(zhuǎn)速，使夾具體支撐架11運(yùn)動到合理的位置，便于被測試件18的夾持， 然后將被測試件18安裝于具有滾化狀形貌的夾具19中，之后將夾具體壓板緊靠夾具19，同時擰緊夾具體緊固螺栓24，完成被測試件18的夾持。X向精密移動平臺與基座11具有確定的相對位置，通過手動調(diào)節(jié)X向精密移動平臺的手動旋鈕，對三點彎頭17的位置進(jìn)行粗調(diào)，直至其與被測試件18較為接近，但未發(fā)成初始接觸。與此同時，顯微成像組件的物鏡與三點彎頭17相對布置，用于測試過程中被測試件18的表面形貌的同步觀測。在擬定初始測試點的準(zhǔn)確位置后，可選擇兩種載荷模式的復(fù)合加載，其中模式一為給定編碼器標(biāo)定速率作為被測試件18的恒應(yīng)變速率，此應(yīng)變速率范圍為0. I ii m/s至 100 u m/s，或以拉壓力傳感器20提供的模擬量信號作為反饋源提供的恒載荷速率，在脈沖信號的控制下直流伺服電機(jī)2輸出精確角位移，通過減速器4的減速增矩及同步帶、滾珠絲杠螺母副9、22、29傳動，將直流伺服電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成往復(fù)單軸雙向直線運(yùn)動，同時拉壓力傳感器20及直流伺服電機(jī)編碼器I對對拉伸壓縮軸向的載荷F進(jìn)行檢測及滾珠絲杠方螺母I、II 9、22的位移值I進(jìn)行同步拾取。在拉伸/壓縮行程的任意應(yīng)力水平下， 以脈沖方式驅(qū)動直線電機(jī)15輸出精密直線位移,進(jìn)行獨(dú)立的三點彎曲測試,直至顯微成像組件觀測到初始裂紋源及其萌生或失效破壞現(xiàn)象。同時，如前所述，通過對在一定載荷作用下傳感器的彈性變形值進(jìn)行的標(biāo)定測試，亦可較為準(zhǔn)確的間接計算出試件在拉伸/壓縮及彎曲載荷作用下的應(yīng)變值。同理，改變拉伸壓縮及三點彎曲測試的順序，以可實現(xiàn)在已有彎曲應(yīng)力狀態(tài)下的拉伸/壓縮測試，即第二種復(fù)合載荷測試模式。在測試的整個過程中，被測試件的裂紋萌生、擴(kuò)展及變形損傷情況由高放大倍率的掃描電子顯微鏡成像系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并可同時記錄圖像，結(jié)合上位機(jī)調(diào)試軟件亦可實時獲取表征材料力學(xué)性能的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線及抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等重要力學(xué)參數(shù)。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，其特征在于包括精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元、精密彎曲載荷驅(qū)動單元、夾持單元及檢測單元，所述精密拉伸/ 壓縮載荷驅(qū)動單元是直流伺服電機(jī)(2)與由減速器(4)、同步帶(5)、同步帶輪(6)及精密滾珠絲杠(29)構(gòu)成的傳動單元相連接，直流伺服電機(jī)(2)與精密滾絲杠(29)分別通過直流伺服電機(jī)法蘭架(3)及滾珠絲杠支承座(8)與測試平臺基座(11)相連接；所述精密彎曲載荷驅(qū)動單元是直線電機(jī)(15)固定在X向精密移動平臺(13)上，所述 X向精密移動平臺(13)的下層與測試平臺基座(11)剛性連接；所述夾持單元由夾具體支撐架(10)、夾具體壓板(12)及夾具(19)構(gòu)成，其中夾具體支撐架(10)分別與滾珠絲杠方螺母I、II (9,22)剛性連接;夾具(19)與被測試件(18)的接觸面設(shè)有滾花狀結(jié)構(gòu)；所述檢測單元由拉壓力傳感器(20)、壓力傳感器(16)及直流伺服電機(jī)編碼器(I)組成，所述拉壓力傳感器(20)通過拉壓力傳感器基座(21)與滾珠絲杠方螺母II (22)固定連接；所述壓力傳感器(16)的一端與壓力傳感器基座(23)連接，另一端與三點彎頭(17)連接，所述直流伺服電機(jī)編碼器(I)與直流伺服電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子同軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，其特征在于所述的同步帶輪(6)通過鍵(25)分別與減速器(4)及精密滾珠絲杠(29)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，其特征在于所述的精密彎曲載荷驅(qū)動單元整體安裝于具有單自由度的手動精密驅(qū)動平臺上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，其特征在于所述的夾具(19)與被測試件(18)的接觸面設(shè)有致密的滾花狀結(jié)構(gòu)；夾具體壓板(12)通過螺栓連接方式與夾具體支撐架(11)連接，并與夾具(19)以面接觸方式剛性接觸； 夾具體支撐架(11)與滾珠絲杠方螺母II (22)剛性連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，其特征在于所述的三點彎頭(17)及滾珠絲杠螺母副I、II (9,22)的運(yùn)動時序可控，且分別獨(dú)立驅(qū)動；即測試平臺可分別實現(xiàn)純拉伸/壓縮測試、純?nèi)c彎曲測試及拉伸/壓縮-彎曲復(fù)合載荷測試。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置， 其特征在于所述的精密雙向滾珠絲杠(29)設(shè)有兩段旋向相異的小導(dǎo)程滾道。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任意一項所述的顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，其特征在于所述的測試平臺主體尺寸為147mmX 118mmX 58mm。
專利摘要本實用新型涉及一種顯微鏡下拉壓彎復(fù)合載荷模式材料力學(xué)性能測試裝置，屬于機(jī)電類。測試平臺由精密拉伸/壓縮載荷驅(qū)動單元、精密彎曲載荷驅(qū)動單元、夾持單元、檢測單元等組成。測試平臺可進(jìn)行純拉伸/壓縮測試、純?nèi)c彎曲測試及拉伸/壓縮-彎曲復(fù)合載荷測試。優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，且可在光學(xué)顯微鏡的實時觀測下開展上述測試。復(fù)合載荷的加載模式，符合材料及構(gòu)件在實際工況下的應(yīng)力狀態(tài)，亦可結(jié)合光學(xué)顯微成像系統(tǒng)對材料在復(fù)合載荷作用下的微觀力學(xué)行為和變性損傷機(jī)制進(jìn)行深入研究。
文檔編號G01N3/20GK202351134SQ20112044016
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者萬順光, 李秦超, 王開廳, 胡曉利, 趙宏偉, 馬志超, 黃虎 申請人:吉林大學(xué)