[發明專利]基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置

有效

• 申請號: 201310293295.1
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103353431A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 趙宏偉;邵明坤;程虹丙;楊倚寒;李士兵;劉宏達;張霖;佟達;魯帥;張鵬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/40
• 分類號: G01N3/40;G01N3/38;G01N3/08
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：包括精密驅動單元、拉壓、疲勞復合載荷單元、壓痕載荷單元、精密傳感檢測單元，所述精密驅動單元由直流伺服電機（1）、蝸桿（3）和蝸輪（4）組成，直流伺服電機（1）由電機座（2）支撐，而電機座（2）通過螺釘Ⅲ（35）固定在基座（32）一側，其輸出軸與蝸桿（3）固連，帶動蝸輪（4）轉動，大減速比傳動，可實現準靜態加載；

所述拉壓、疲勞復合載荷單元包括拉壓載荷模塊、疲勞載荷模塊，可進行拉壓或疲勞的單獨加載，亦或是拉壓、疲勞復合加載，所述的拉壓載荷模塊由拉伸臺Ⅰ、Ⅱ（9、15）、雙向滾珠絲杠（10）、滾珠絲杠支撐座（5）、滾珠直線導軌Ⅰ（14）組成，其中雙向滾珠絲杠（10）通過滾珠絲杠支撐座（5）支撐，而滾珠絲杠支撐座（5）通過螺釘Ⅳ（36）與基座（32）固定，將蝸輪（3）的旋轉運動轉化為拉伸臺Ⅰ、Ⅱ（9、15）相對的直線運動，而夾具Ⅰ、Ⅱ（11、13）分別通過螺釘Ⅰ（33）、螺釘Ⅷ（40）固定在拉伸臺Ⅰ、Ⅱ（9、15）上，進而對試件（12）進行相對的拉伸/壓縮加載，其試件（12）中心保持不變；所述疲勞載荷模塊由疲勞壓電疊堆（6）、疲勞柔性鉸鏈（7）和預緊螺釘Ⅰ（8）組成，疲勞壓電疊堆（6）嵌入疲勞柔性鉸鏈（7）內部，并通過預緊螺釘Ⅰ（8）進行疊堆的預緊，疲勞柔性鉸鏈（7）一端通過螺釘Ⅰ（33）與夾具Ⅰ（11）相連，一端通過螺釘Ⅱ（34）固定于拉伸臺Ⅰ（9）上；

所述壓痕載荷單元由絲杠步進電機（30）、電機座Ⅱ（31）、梯形螺母（28）、壓痕臺（27）、壓痕壓電疊堆（25）、壓痕柔性鉸鏈（23）、預緊螺釘Ⅱ（43）和滾珠直線導軌Ⅱ（29）組成，其中絲杠步進電機（30）帶動梯形螺母（28）移動，進而帶動壓痕臺（27）在滾珠直線導軌Ⅱ（29）上直線移動，進行壓入過程的宏觀粗調整，壓痕柔性鉸鏈（23）通過螺釘Ⅹ（42）與壓痕臺（27）固定，壓痕壓電疊堆（25）嵌入壓痕柔性鉸鏈（23）之中，并通過預緊螺釘Ⅱ（43）進行預緊，進行精密的壓入驅動；

所述精密傳感檢測單元包括直線位移傳感器（16）、力傳感器Ⅰ、Ⅱ（20、22）、光柵讀數頭（24）、光柵（26），其中直線位移傳感器（16）通過螺釘Ⅵ（38）固定在拉伸臺Ⅱ（15）上，其伸縮端與拉伸臺Ⅰ（9）固連；力傳感器Ⅰ（20）一側通過力傳感器固定板（18）、螺釘Ⅴ（37）與拉伸臺Ⅱ（15）連接，另一側通過夾板（17）與夾具Ⅱ（13）連接，夾板（17）通過螺釘Ⅶ（39）固定在拉伸臺Ⅱ（15）之上；力傳感器Ⅱ（22）與金剛石壓頭（19）通過壓頭套筒（21）連接，固定在壓痕柔性鉸鏈（23）前端；光柵（26）貼于壓痕柔性鉸鏈（23）一側，相應的光柵讀數頭（24）則通過螺釘Ⅸ（41）與基座（32）直接固定。

2.根據權利要求1所述的基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：所述的精密驅動單元采用直流伺服電機（1）作為動力源，經過蝸輪（4）蝸桿（3）實現大減速比減速增扭，進行拉伸/壓縮載荷的準靜態加載。

3.根據權利要求1所述的基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：所述的雙向滾珠絲杠（10）兩端設有旋向相逆的絲杠，確保在拉伸/壓縮測試過程中，拉伸臺Ⅰ、Ⅱ（9、15）可實現同步的反向運動，從而保證試件（12）的幾何中心位置始終處于成像區域的最中央，便于觀測及圖像記錄。

4.根據權利要求1所述的基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：所述的疲勞柔性鉸鏈（7）采用橢圓形橋式位移放大機構，放大了疲勞壓電疊堆（6）的有效行程，即增大了拉伸疲勞載荷加載范圍。

5.根據權利要求1所述的基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：所述的疲勞柔性鉸鏈（7）與壓痕柔性鉸鏈（23）整體采用對稱式設計。

6.根據權利要求1或5所述的基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：所述的疲勞柔性鉸鏈（7）、壓痕柔性鉸鏈（23）端部分別設有疲勞壓電疊堆（6）、壓痕壓電疊堆（25）的預緊鉸鏈機構，分別通過預緊螺釘Ⅰ（8）、預緊螺釘Ⅱ（43）預緊，避免對精密的疲勞壓電疊堆（6）、壓痕壓電疊堆（25）造成損傷。

7.根據權利要求1所述的基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，其特征在于：所述的精密傳感檢測單元采用光柵（26）與光柵讀數頭（24）配合，用于檢測金剛石壓頭（19）對試件（12）的精密壓入位移。