專利名稱：高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法
技術領域：
本發明涉及金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法，具體涉及高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法。
背景技術：
微機電系統(MEMS)器件和微結構尺寸通常在毫米和微米量級甚至更小，微尺度機構材料的基礎力學性能參數如楊氏模量、拉伸強度、屈服極限和泊松比等，對于提高MEMS器件結構設計的可靠性和評價器件的壽命是必不可少的。然而，對于金屬箔板拉伸力學性能測試時，存在著式樣對中、夾持、應變測量、樣式固定等幾個方面的難點。為了提高對高強度難成形材料進行高精度加工的能力，很多場合下可以利用振動來實現特定的加工工藝要求，或者降低能耗。在金屬箔板的拉伸過程中，高頻振動會對材料內部和外部接觸面的摩擦力產生影響。高頻振動的振幅和頻率也會顯著影響材料的塑性變形力。在高頻振動的條件下，材料的屈服極限和強度極限會明顯減小。但是，目前對振動加工所做的基礎性實驗和相應的理論研究仍不夠深入。
發明內容
本發明為解決金屬箔板拉伸力學性能測試時，存在著式樣對中、夾持、應變測量、樣式固定等幾個方面的難點的問題，進而提出高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法。本發明為解決上述問題采取的技術方案是本發明包括萬能實驗機、夾具和夾頭，本發明還包括壓電陶瓷塊和導向機構，所述導向機構包括上擋板、固定塊、下擋板、下墊板、彈簧和多個導柱，上擋板、固定塊、下擋板、下墊板由上至下依次設置在萬能實驗機的固定平臺上，下墊板通過多個螺釘與固定塊連接，多個導柱設置在設置在上擋板與下擋板之間，且每個導柱的上端分別各通過一個螺釘與上擋板的下表面連接，每個導柱的下端分別穿過固定塊通過一個螺釘與下擋板的上表面連接，壓電陶瓷塊安裝在固定板上，壓電陶瓷塊與高頻電源連接，下擋板的下表面與下墊板的上表面之間設有彈簧，夾具安裝在萬能實驗機的升降平臺上，夾頭安裝在上擋板的上表面上。本發明所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法的具體步驟如下步驟一、用夾具將金屬箔板的上端夾住，夾頭將金屬箔板的下端夾住，萬能實驗機與數據接收裝置連接；步驟二、設定壓電陶瓷塊的振動頻率為20Hz-1000Hz，壓電陶瓷塊的振幅為O. 2微米-6微米，開始振動；步驟三、啟動萬能實驗機,萬能實驗機的升降平臺帶動夾具以O. lmm/min-6mm/min的速度向上運動，此時，夾具對金屬箔板產生拉伸作用；步驟四、傳感器以及數據接收裝置對金屬箔板拉伸過程中的金屬箔板的受力和變形量進行采集、處理和記錄。
本發明的有益效果是本發明可以根據萬能實驗機上的傳感器得到高頻振動的作用下金屬箔板的應力-應變曲線；本發明也可以研究靜態下金屬箔板拉伸力學性能測試，通過金屬箔板的應力-應變曲線，可以得到在高頻振動輔助下，金屬箔板在被拉伸時變形力隨應變變化的規律，并與在靜態下的金屬箔板拉伸形成對比，得到高頻振動輔助金屬箔板拉伸過程中金屬箔板的力學變化規律，同時，也可以分析高頻振動下金屬箔板材料的斷裂行為。本發明結構簡單，制作成本低，操作方便易于維護。
圖1是本發明的整體結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置包括萬能實驗機1、夾具2和夾頭3，本實施方式還包括壓電陶瓷塊4和導向機構，所述導向機構包括上擋板5、固定塊6、下擋板7、下墊板8、彈簧9和多個導柱10，上擋板5、固定塊6、下擋板7、下墊板8由上至下依次設置在萬能實驗機I的固定平臺上，下墊板8通過多個螺釘與固定塊6連接，多個導柱10設置在設置在上擋板5與下擋板7之間，且每個導柱10的上端分別各通過一個螺釘與上擋板5的下表面連接，每個導柱10的下端分別穿過固定塊6通過一個螺釘與下擋板7的上表面連接，壓電陶瓷塊4安裝在固定板6上，壓電陶瓷塊4與高頻電源連接，下擋板7的下表面與下墊板8的上表面之間設有彈簧9，夾具2安裝在萬能實驗機I的升降平臺上，夾頭3安裝在上擋板5的上表面上。本實施方式中的萬能實驗機I是指CMT8502微機控制電子萬能實驗機。本實施方式中將壓電陶瓷塊4安裝在固定塊6中，用螺釘把上擋板5、多個導柱
10、固定板6、下擋板7組裝在一起后，再通過螺釘將其余下墊板8安裝在一起，此時，彈簧9具有一定的預緊力，下擋板7與下墊板8之間有一定的間隙，再用螺栓將下墊板7固定安裝在萬能實驗機I的固定平臺上。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置還包括傳感器11，傳感器11安裝在萬能實驗機I的升降平臺上。本實施方式的技術效果是金屬箔板的拉伸力和應變由萬能實驗機的傳感器檢測，并輸入到數據采集系統中，方便對數據的采集、處理和記錄。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種利用具體實施方式
一所述裝置進行高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法的具體步驟如下步驟一、用夾具2將金屬箔板的上端夾住，夾頭3將金屬箔板的下端夾住，萬能實驗機I與數據接收裝置連接；步驟二、設定壓電陶瓷塊4的振動頻率為20Hz-1000Hz，壓電陶瓷塊4的振幅為
O.2微米-6微米，開始振動；步驟三、啟動萬能實驗機1，萬能實驗機I的升降平臺帶動夾具2以O.1mm/min-6mm/min的速度向上運動，此時，夾具2對金屬箔板產生拉伸作用；步驟四、傳感器11)以及數據接收裝置對金屬箔板拉伸過程中的金屬箔板的受力和變形量進行采集、處理和記錄。在拉伸過程中，導向機構的導柱10可以保證金屬箔板在拉伸過程中保持受力和變形都在豎直方向上，解決了對金屬箔板的對中、夾持的難點。金屬箔板在拉伸過程中發生彈性形變、塑性形變，最后直至被拉斷。
具體實施方式
四結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法的步驟三中萬能實驗機I的升降平臺帶動夾具2以lmm/min的速度向上運動。其它組成及連接關系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法的步驟二中設定壓電陶瓷塊4的振動頻率為50Hz。其它組成及連接關系與具體實施方式
三相同。本發明的工作原理是在萬能實驗機I的作用下，當金屬箔板受到拉力被拉伸的過程中，壓電陶瓷塊4能夠產生一定的高頻振動，并通過導柱10帶動金屬箔板產生一定的高頻振動，在導向機構內的彈簧9有一定的預緊力，當壓電陶瓷塊4向下產生位移時，通過導柱10帶動金屬箔板向下運動，當壓電陶瓷塊4向下輸出的位移達到設定的最大值后，輸出位移減小，導向機構在彈簧9的作用下向上運動，直至壓電陶瓷塊4輸出的位移量減少至零，然后再進行下一個振動循環。
權利要求
1.高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置，它包括萬能實驗機(I)、夾具(2)和夾頭(3)，其特征在于:所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置還包括壓電陶瓷塊(4)和導向機構，所述導向機構包括上擋板(5)、固定塊￠)、下擋板(7)、下墊板(8)、彈簧(9)和多個導柱(10)，上擋板(5)、固定塊￠)、下擋板(7)、下墊板(8)由上至下依次設置在萬能實驗機(I)的固定平臺上，下墊板(8)通過多個螺釘與固定塊(6)連接，多個導柱(10)設置在設置在上擋板(5)與下擋板(7)之間，且每個導柱(10)的上端分別各通過一個螺釘與上擋板(5)的下表面連接，每個導柱(10)的下端分別穿過固定塊(6)通過一個螺釘與下擋板(7)的上表面連接，壓電陶瓷塊(4)安裝在固定板(6)上，壓電陶瓷塊(4)與高頻電源連接，下擋板(7)的下表面與下墊板(8)的上表面之間設有彈簧(9)，夾具(2)安裝在萬能實驗機(I)的升降平臺上，夾頭(3)安裝在上擋板(5)的上表面上。
2.根據權利要求1所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置，其特征在于:所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置還包括傳感器(11)，傳感器(11)安裝在萬能實驗機(I)的升降平臺上。
3.一種利用權利要求1所述裝置進行高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法，其特征在于:所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法的具體步驟如下: 步驟一、用夾具(2)將金屬箔板的上端夾住，夾頭(3)將金屬箔板的下端夾住，萬能實驗機(I)與數據接收裝置連接； 步驟二、設定壓電陶瓷塊(4)的振動頻率為20Hz-1000Hz，壓電陶瓷塊(4)的振幅為0.2微米-6微米，開始振動； 步驟三、啟動萬能實驗機(I)，萬能實驗機(I)的升降平臺帶動夾具(2)以0.1mm/min-6mm/min的速度向上運動，此時，夾具(2)對金屬箔板產生拉伸作用； 步驟四、傳感器(11) 以及數據接收裝置對金屬箔板拉伸過程中的金屬箔板的受力和變形量進行采集、處理和記錄。
4.根據權利要求3所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法，其特征在于:步驟三中萬能實驗機(I)的升降平臺帶動夾具(2)以lmm/min的速度向上運動。
5.根據權利要求3所述高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試的方法，其特征在于:步驟二中設定壓電陶瓷塊(4)的振動頻率為50Hz。
全文摘要
高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法。它涉及金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法，具體涉及高頻振動輔助金屬箔板拉伸力學性能測試裝置及方法。本發明為了解決金屬箔板拉伸力學性能測試時，存在著式樣對中、夾持、應變測量、樣式固定等幾個方面的難點的問題。本發明的上擋板、固定塊、下擋板、下墊板由上至下依次設置在萬能實驗機的固定平臺上，下墊板通過多個螺釘與固定塊連接，多個導柱設置在設置在上擋板與下擋板之間，壓電陶瓷塊與高頻電源連接，下擋板的下表面與下墊板的上表面之間設有彈簧，夾具安裝在萬能實驗機的升降平臺上，夾頭安裝在上擋板的上表面上。本發明用于金屬箔板拉伸力學性能測試。
文檔編號G01N3/08GK103076226SQ201210584528
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者王春舉, 徐杰, 徐振海, 皇韶峰, 單德彬, 郭斌 申請人:哈爾濱工業大學