[發明專利]多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器

有效

• 申請號: 201310444251.4
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103512803A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 趙宏偉;任露泉;李建平;黃虎;張攀峰;胡曉利;程虹丙;方岱寧;馬志超;莊慶偉;高景;董曉龍;唐可洪;張富;鄒青;朱玉祥;董景石;范尊強;呼詠;尚濤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/26
• 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

1.一種多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：包括框架支撐模塊、拉/壓-低周疲勞模塊、扭轉模塊（21）、三點彎曲模塊（6）、壓痕模塊（33）、熱磁加載模塊（34）、原位觀測模塊（32）和夾具體模塊（22），所述框架支撐模塊為測試儀器提供整機的結構支撐，拉/壓-低周疲勞模塊布置在測試儀器上下兩端，扭轉模塊（21）直接布置于拉/壓-低周疲勞模塊的前端，三點彎曲模塊（6）、壓痕模塊（33）和熱磁加載模塊（34）通過公共替換部件布置于整個測試儀器的一側支撐立柱之上，原位觀測模塊布置于另一側的支撐立柱之上；夾具體模塊連接于扭轉模塊的前段，完成對試件的裝夾功能；該儀器整體采用四立柱垂直對稱式布置，上下兩端分別采用兩個完全相同的伺服液壓缸（10）和兩個扭轉模塊（21）對處于中心位置的試件（23）材料進行對稱式的拉伸/壓縮測試和對稱式的扭轉測試，以保證拉伸/壓縮和扭轉過程中試件（23）材料的幾何中心位置相對靜止，以便于實施對測試過程中材料變形損傷等性能進行動態的原位監測；可以實現“拉伸/壓縮-低周疲勞-扭轉-彎曲-壓痕”五種形式載荷的加載、結合內嵌的電、熱、磁加載模塊和原位觀測模塊，可以深入研究樣品材料在多載荷模式、多物理場耦合條件下的微觀力學性能，獲取其變形行為、損傷機制以及性能弱化與載荷作用和材料性能間的規律。

2.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述拉/壓-低周疲勞模塊包括伺服液壓缸（10）和液壓缸固定套筒（13）；所述扭轉模塊（21）包括扭轉伺服電機（44）、蝸輪蝸桿減速箱和滾珠花鍵（47）；所述三點彎曲模塊（6）包括彎曲伺服電機（54）、滾珠絲杠（60）、絲杠螺母（61）傳動組件、壓頭（64）以及導軌滑塊組件Ⅰ、Ⅱ（71、72）；所述壓痕模塊（33）包括壓痕伺服電機（75）、絲杠螺母組件（89）、壓電陶瓷（93）、柔性鉸鏈（81）、力傳感器（84）、電容式位移傳感器（83）、金剛石壓頭（87）和一些連接支撐部件；所述夾具體模塊（22）包括夾具（97）、夾具擋片（98）、夾具體（99）、拉扭力傳感器（100）、連接體（101）和下連接脹緊套（102）。

3.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述的框架支撐模塊上設置原位觀測模塊，所述原位觀測模塊包含材料性能測試表征儀器，所述材料性能測試表征儀器為高景深3D成像顯微組件、超聲波探傷元件，能夠動態監控在上述復雜機械載荷和多物理場耦合作用的整個過程中材料的變性損傷機制、微觀組織變化以及性能演變規律。

4.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述的三點彎曲模塊（6）、壓痕模塊（33）、熱磁加載模塊（34）分別通過公共安裝替換部件——固定支撐板（5）實現互換式布置，在保證多載荷多物理場耦合加載的同時，既節省了布局空間也最大限度的豐富了儀器的測試范圍；所述壓痕模塊（33）通過公共安裝替換部件固定支撐板（5）集成在框架支撐模塊上，可以對試件材料進行各種復雜應力場和物理場耦合狀態下的壓痕實驗。

5.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述的扭轉模塊（21）采用蝸輪蝸桿減速機構配合滾珠花鍵將軸向拉伸/壓縮運動與扭轉運動獨立，使拉/壓-低周疲勞模塊和扭轉模塊（21）相互獨立、互不干擾。

6.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述的三點彎曲模塊（6）通過彎曲底板（70）下安裝的一層導軌滑塊組件Ⅰ（71），使得上層三點彎曲模塊可相對于底板支撐板（74）整體浮動，實現內力型三點彎曲。

7.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述的三點彎曲模塊（6）中的兩個反向支撐頭（65）固連于支撐頭后座（66），并通過末端的尾部旋轉軸（67）安裝于滑動軸承（68）之內，以保證在彎曲過程中兩個后端支撐頭（65）自適應的調整角度，解決由于裝配、夾持不對中帶來的試件（23）材料無法同時接觸支撐頭（65）的問題。

8.根據權利要求1所述的多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能原位測試儀器，其特征在于：所述的壓痕模塊（33）采用手動平移臺（95）調節電容式位移傳感器（83）的探頭與反射板（85）初始間距。