[實用新型]力熱耦合加載的雙軸雙向拉伸/壓縮原位測試系統

有效

• 申請號: 201320325666.5
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN203337479U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 趙宏偉;張鵬;董曉龍;程虹丙;徐超;高景;韓磊;馬志超
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 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

技術領域

????本實用新型涉及精密科學儀器領域，特別涉及一種力熱耦合加載的雙軸雙向拉伸/壓縮原位測試系統。是集驅動、加載、檢測、力熱耦合環境下雙軸雙向拉伸/壓縮力學性能測試以及原位觀測于一體的高性能綜合精密實驗測試平臺。

背景技術

原位力學性能測試是指在微/納米尺度下對試件材料進行力學性能測試的過程中，通過電子顯微鏡、原子力顯微鏡以及光學顯微鏡等儀器對各種載荷作用下材料發生的微觀變形、損傷進行全程原位監測的一種力學測試方法。如今利用較多的有原位拉伸/壓縮法、納米壓痕法和原位彎曲法等測試方法，原位雙軸拉伸/壓縮測試也是其中一種，特別適用于各向異性材料的測試，材料的彈性模量、泊松比、屈服強度和斷裂強度等力學參數均可通過雙軸拉伸測試得到。

膜結構在當今工業體系中應用十分廣泛，膜結構已成為繼磚石、木材、鋼材、混凝土和玻璃之后的第六大建筑材料；PVC膜材料由于其高度的化學穩定性和優良電氣絕緣性能，可用于制作防腐管道、輸油管道和插頭、電纜、開關等構件。但是膜結構展現出明顯的非線性和各向異性，對膜結構進行雙軸拉伸測試，可測得能夠較好地揭示膜材料在不同軸向的力學特性，為探究膜結構及其制品的損傷破壞機理。另外，膜結構易受溫度的影響產生老化現象，探究不同溫度對膜材料在不同方向的力學性能有很大的意義。

現有的原位雙軸測試裝置因為不能提供雙向運動，受拉伸時試樣中央區域在測試時難免會造成竄動，對高分辨率的原位觀測帶來很大不便；同時，現有的原位雙軸拉伸測試系統也鮮有提及能夠提供不同溫度環境下的功能。

目前應用成熟的雙軸拉伸/壓縮測試系統由于機械結構較大，不能與顯微成像設備兼容，難以在進行載荷測試的同時提供原位監測手段，對各向異性材料在雙軸拉伸/壓縮載荷下的微觀力學行為及損傷機制缺乏有效的研究；傳統的大型雙軸拉伸試驗機對材料試樣一般是進行離位測試，將材料加載到一定應變量或斷裂后才能由載荷/位移曲線得到彈性模量、泊松比等相關力學參數。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種力熱耦合加載的雙軸雙向拉伸/壓縮原位測試系統，解決了現有技術存在的上述問題。具有體積精巧、傳動簡便和測試精度高等優點，可配合使用金相顯微鏡、超景深鏡頭等顯微組件對力熱耦合環境下雙軸拉伸/壓縮加載過程中的試樣的微觀力學特性和損傷機制實施原位觀測。測試系統結合軟件算法，能夠對雙軸拉伸/壓縮載荷/位移信號進行采集和控制，記錄雙軸不同加載時序下材料試樣的載荷/位移曲線，得到各向異性材料的彈性模量、泊松比等重要力學參數。本實用新型集成了小型化溫度加載單元，可對拉伸/壓縮載荷下的試樣提供不同的溫度場條件；能夠對雙軸拉伸/壓縮載荷/位移信號進行采集和控制，記錄雙軸不同加載時序下材料試樣的載荷/位移曲線，并且可配合使用金相顯微鏡、超景深鏡頭等顯微組件對力熱耦合環境下雙軸拉伸/壓縮加載過程中的試樣的微觀變形和裂紋的產生及擴展路徑實施原位觀測。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：

力熱耦合加載的雙軸雙向拉伸/壓縮原位測試系統，包括電機驅動單元、傳動單元、夾持單元、檢測單元及溫度加載單元，雙軸加載動力由兩臺直流伺服電機分別提供，兩路傳動過程相同，由直流伺服電機通過蝸輪蝸桿傳動副的動力傳遞，動力傳至精密左右旋滾珠絲杠，絲杠螺母和螺母座相連，螺母座在導軌組件的支撐下輸出精確雙向直線位移；

所述電機驅動單元和傳動單元的裝配關系是：直流伺服電機Ⅰ1與電機支座Ⅰ29連接，該電機支座Ⅰ29通過沉頭螺釘與底座3固定；蝸桿Ⅰ27通過緊固螺釘緊靠在直流伺服電機Ⅰ1輸出軸的臺階面上，蝸輪Ⅰ28和精密左右旋滾珠絲杠Ⅰ25端部亦通過緊固螺釘固定，該精密滾珠絲杠Ⅰ25外裝精密軸承，由絲杠支座Ⅰ26支撐，絲杠支座Ⅰ26和底座3通過沉頭螺釘連接；絲杠螺母Ⅰ、Ⅱ45、46通過沉頭螺釘和螺母座Ⅰ、Ⅱ24、11相連，螺母座Ⅰ、Ⅱ24、11由導軌組件Ⅰ40提供支撐導向，保證螺母座Ⅰ、Ⅱ24、11受力平穩，不會因為力矩的存在而產生傾覆現象；

另一路電機驅動單元和傳動單元的相互關系如前所述，具體裝配關系是：直流伺服電機Ⅱ2與電機支座Ⅱ4連接，該電機支座Ⅱ4通過沉頭螺釘與底座3固定；蝸桿Ⅱ5通過緊固螺釘緊靠在直流伺服電機Ⅱ2輸出軸的臺階面上，蝸輪Ⅱ31和精密左右旋滾珠絲杠Ⅱ7端部亦通過緊固螺釘固定，該精密滾珠絲杠Ⅱ7外裝精密軸承，由絲杠支座Ⅱ6支撐，絲杠支座Ⅱ6和底座3通過沉頭螺釘連接；絲杠螺母Ⅲ、Ⅳ47、48通過沉頭螺釘和螺母座Ⅲ、Ⅳ8、19相連，螺母座Ⅲ、Ⅳ8、19分別由導軌組件Ⅱ、Ⅲ32、39提供支撐導向。