[發(fā)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

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• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103512803A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及材料力學測試領(lǐng)域，特別涉及一種材料微觀力學性能測試儀器，尤指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。可以對試件材料施加“拉伸/壓縮-低周疲勞-扭轉(zhuǎn)-彎曲-壓痕”五種形式載荷中的單一載荷，也可以同時施加其中兩種或兩種以上的組合載荷，同時針對鐵磁、熱磁、半導(dǎo)體等功能材料可開展試件材料在溫度場、電場和磁場與應(yīng)力場多物理場耦合作用下的微觀力學性能測試。結(jié)合原位觀測模塊該測試儀器可以對試件材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)、多物理場耦合情況下的測試過程進行動態(tài)實時觀測，將會為研究材料在多載荷多物理場條件下微觀組織形貌、性能演變和宏觀力學性能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及裂紋的擴展規(guī)律提供有效地測試手段。

背景技術(shù)

人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)是制造業(yè)，其中材料的力學性能直接制約著制造業(yè)的高速發(fā)展，影響國防工程航空航天、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展進步，影響著現(xiàn)在科學技術(shù)的進步；材料在拉伸、彎曲和疲勞等現(xiàn)實載荷作用下的力學性能更是直接關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全、軍事設(shè)備安全以及人類生命財產(chǎn)安全。近年來隨著微機電系統(tǒng)（MEMS）及顯微成像設(shè)備的快速發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)材料的微觀結(jié)構(gòu)變化將直接影響其宏觀力學性能，因此開展材料基于微觀結(jié)構(gòu)變化的力學性能測試技術(shù)研究有著重要的意義。

傳統(tǒng)的基于標準試樣的常規(guī)拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)測試技術(shù)以及疲勞測試技術(shù)已經(jīng)很成熟，基本上能滿足材料強度和疲勞特性等宏觀力學性能測試的需求。但其測試原理一般為離位測試，不能對測試過程中試件的微觀組織形貌進行實時動態(tài)的觀察，因此無法將材料微觀組織變化的內(nèi)在機理與材料宏觀力學性能有效地結(jié)合起來綜合表征材料的性能。特別地聯(lián)系到材料的實際使用工況，材料及其制品在使用過程中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-扭組合等多種載荷同時存在的情況，單一載荷形式的力學測試已經(jīng)難以準確反映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性能做出準確的評價。例如從一些實驗性研究考慮，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)力遠小于其抗彎強度，在彎曲應(yīng)力作用下其發(fā)生臨界斷裂破壞的拉應(yīng)力遠小于其抗拉強度。而現(xiàn)有研究中，復(fù)合載荷模式的加載一種主要是通過將被測試件與拉伸/壓縮軸線互成角度的不規(guī)則裝夾來實現(xiàn)。將驅(qū)動源輸出的加載軸向力通過不同軸或不等高的拉伸/壓縮裝夾方式，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。另一種是借助于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴的多功能材料試驗機來施加復(fù)合載荷。但其一般復(fù)合的形式比較單一，兩種或多種載荷模式無法獨立加載或依次加載，無法就材料及其制品在復(fù)合載荷作用下的力學性能及變性損傷機制做出準確評價，嚴重限制了材料試驗機的普及應(yīng)用。

與此同時伴隨著材料科學、生產(chǎn)加工工藝技術(shù)方面的革新，各類新型功能材料層出不窮，原有傳統(tǒng)材料的性能也有了進一步的提升，其使用范圍也在日益擴大，因而對材料性能的檢驗方面也提出了更高的要求。上世紀80年代之前，材料試驗機的使用僅局限于金屬材料等少數(shù)領(lǐng)域。而如今，材料試驗機的使用范圍已不再只局限于金屬材料等領(lǐng)域，它已經(jīng)擴展到了所有的行業(yè)。特別是一些新型的鐵-電/鐵-磁、熱-磁和半導(dǎo)體材料的大規(guī)模使用，使得材料在力-電-熱-磁等多種物理場作用下的力學性能更加突出。而現(xiàn)有商業(yè)化的試驗機很少能滿足上述多場耦合下材料性能測試過程的模擬與檢測，因此開發(fā)一種能夠基于多種物理場耦合環(huán)境下的材料性能測試試驗機成為新型材料試驗機的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容