[實用新型]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: 201320415860.2
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN203337493U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 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

技術領域

????本實用新型涉及原位納米力學性能測試領域，特別涉及精密測試儀器領域，尤指一種基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，可以在不同拉伸/壓縮、疲勞復合載荷預加應力作用下進行材料樣品的原位壓痕測試。

背景技術

原位納米力學測試技術是指對材料在納米尺度下進行力學性能測試，并利用電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學顯微鏡等成像儀器針對材料發生載荷作用下發生的響應微觀變形、損傷直至失效破壞現象進行全程動態監測的一種力學測試技術。在原位納米力學性能測試領域內，硬度、彈性模量、屈服強度、抗拉強度、疲勞強度等參數是材料力學特性測試中的最主要的幾個材料性能表征參數，響應的發展了許多測試手段與方法，如拉伸/壓縮法、三點彎曲法、納米壓痕法等。通過基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試手段勢必可以發現外界復雜載荷作用下材料更為新穎的現象，揭示出響應變形損傷的規律。而就較大尺寸試件所開展的有關測試將更有利于研究材料及其制品在接近真實服役狀態下的力學行為與變形損傷機制。

目前，針對原位納米力學測試技術相關儀器的研制尚不成熟，還處于萌芽狀態，具體表現如下：1.現有的原位納米力學試驗裝置載荷單一，無法對材料在復合載荷作用下進行相關力學性能測試，從而不能模擬工件在真實服役狀態下的實際狀況。2.現有的原位壓痕材料試驗機，只是在工件自由應力狀態下進行壓痕試驗，而針對工件在殘留預應力下的現象則鮮有涉及。亟待改進。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，解決了現有技術存在的上述問題。其結構緊湊、體積小、響應迅速、精度高、成本低，且可以在不同拉伸/壓縮、疲勞復合載荷應力作用下進行材料的原位壓痕測試。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：

基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置，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Ⅲ35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、Ⅱ9、15、雙向滾珠絲杠10、滾珠絲杠支撐座5、滾珠直線導軌Ⅰ14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Ⅳ36與基座32固定，將蝸輪3的旋轉運動轉化為拉伸臺Ⅰ、Ⅱ9、15相對的直線運動，而夾具Ⅰ、Ⅱ11、13分別通過螺釘Ⅰ33、螺釘Ⅷ40固定在拉伸臺Ⅰ、Ⅱ9、15上，進而對試件12進行相對的拉伸/壓縮加載，其試件12中心可基本保持不變；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Ⅰ8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Ⅰ8進行疊堆的預緊，疲勞柔性鉸鏈7一端通過螺釘Ⅰ33與夾具Ⅰ11相連，一端通過螺釘Ⅱ34固定于拉伸臺Ⅰ9上；

所述壓痕載荷單元由絲杠步進電機30、電機座Ⅱ31、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Ⅱ43和滾珠直線導軌Ⅱ29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Ⅱ29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Ⅹ42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Ⅱ43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、Ⅱ20、22、光柵讀數頭24、光柵26，其中直線位移傳感器16通過螺釘Ⅵ38固定在拉伸臺Ⅱ15上，其伸縮端與拉伸臺Ⅰ9固連；力傳感器Ⅰ20一側通過力傳感器固定板18、螺釘Ⅴ37與拉伸臺Ⅱ15連接，另一側通過夾板17與夾具Ⅱ13連接，夾板17通過螺釘Ⅶ39固定在拉伸臺Ⅱ15之上；力傳感器Ⅱ22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Ⅸ41與基座32直接固定。

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。