[發明專利]改進的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗機夾持機構

有效

• 申請號: 201610238936.7
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105751104B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 吳圣川;張思齊;張衛華
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B25B11/00
• 分類號: B25B11/00;G01N21/84;G01N21/88;G01N23/04
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及一種用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗機的試樣夾持機構以及安裝與實驗方法。

背景技術

長期以來，人們就工程結構的疲勞破壞問題開展了大量的研究。一般認為，疲勞壽命主要消耗在裂紋萌生與短裂紋擴展階段。短裂紋的擴展行為宏觀上隨著裂紋長度增大而發生變化，微觀上還受到金屬微觀組織和環境等因素的影響，再加上裂紋閉合以及小裂紋效應等問題，使得服役過程中循環載荷下的短裂紋的擴展問題變得十分復雜。為更好地探究裂紋在擴展過程中與微觀組織變化以及宏觀力學性能的關系，進而為工程零部件的壽命設計提供更加可靠的理論依據，需要通過疲勞試驗機對零部件進行試驗，獲取材料在外載荷作用下的宏觀定量力學參數。原位疲勞試驗通過將電子顯微技術與傳統的材料疲勞測試技術有效地結合，在對材料試樣進行力學加載和疲勞測試過程中，分階段的停機，停機時通過實驗平臺上集成的顯微成像系統，對材料組織結構變化、微觀變形損傷、進行原位成像記錄；宏觀的疲勞力學測試數據和多個階段的成像記錄結合，即能反映材料的力學性能和顯微組織演變規律，為分析固態材料的力學特性和微觀組織演變規律提供了新的方法。

現有的原位疲勞試驗裝置中，顯微成像系統一般為光學顯微鏡，由于其分辨率以及放大倍率較低，測試效果有很大的局限性。近年來，出現了使用掃描電子顯微鏡(SEM)的疲勞試驗機。如：德國的Kammrath&Weiss公司開發的原位拉伸測試儀器利用伺服伺服電機驅動，配合SEM的使用，可以對金屬材料進行原位疲勞測試。SEM分辨率達微米級，能更好的觀察到材料的微觀組織形貌和缺陷。但是，SEM只能得到材料的表面的二維圖像，而不能得到材料的內部的三維立體圖像；且其光源亮度低，光信號檢測信噪比低，使得測量精度與檢測靈敏度有待提高。

由西南交大牽引動力實驗室吳圣川老師帶頭率先開發出了國內第一臺可用于同步輻射成像的原位觀測疲勞試驗機，并已初步投入使用。其主要架構如中國專利CN105334237A所述。但在使用中發現疲勞試驗機在疲勞試驗的過程中，由于產生的振動劇烈，并且在試驗過程中夾具對試樣的夾持常常會因為劇烈的振動導致松脫。另外，對試樣發生塑性變形后無進一步的調節手段，以致試驗無法順利的進行下去，基于該實際情況，非常有必要對夾具的夾持機構進行進一步的改進。

發明內容

鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的是所改進后的可用于同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗機試樣夾持機構，使其克服現有技術的不足。

本發明的目的是通過如下的手段實現的：一種改進的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗機夾持機構，設置在同步輻射光源的平臺圓筒形狀的底座之上，所述夾持機構包括試樣夾持單元和塑性變形追加調整單元；

試樣夾持單元沿試驗機底座中軸線豎向布置，分為下夾頭段和上夾頭段兩個部分：在下夾頭段，蓋板固定在底座的頂部；從動桿的頂端伸出蓋板與下夾具聯接，從動桿與下夾具之間設置有碟簧；上夾頭段由圓筒形的圍罩支撐，上夾具懸置在下夾具()之上，由下往上依次通過法蘭工裝聯接傳感器和調壓螺桿一；調壓螺桿一與調節圓盤一螺紋聯接，調節圓盤一的中部開孔并與載荷傳感器的上端螺紋聯接，載荷傳感器的下端與法蘭工裝螺紋聯接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明的疲勞試驗機在疲勞試驗的過程中，能夠使用同步輻射光源直接原位對準疲勞試樣進行同步輻射成像，進而得到材料的內部的三維立體圖像；能很好地反映材料的力學性能和顯微組織的演變規律。同步輻射光的亮度高，其圖像信噪比高，成像精度與靈敏度高，能更清晰、準確地反映材料的力學性能和顯微組織的演變規律。從而本發明能為工程零部件的疲勞壽命設計提供更加可靠的試驗依據。

針對上一代疲勞試驗機做了進一步改進，對各個方面的性能指標提出了更高的要求：

1，傳動機構上增加了碟簧(位于下夾具下半部分的下方)，增加系統的緩沖減振以及降噪的性能；

2，取消了上一代的雙重玻璃罩的開合，將圍罩做成一體，并增加螺釘有機玻璃罩的上端與下端，充分保證載荷能夠施加在試樣上，并保證試驗機的整體承載性；

4，對上下夾具的結構進行了整體的改變，將原有的整體性夾具分別分成了上下兩部分，相比原來的夾具更加便于安裝，夾裝試樣也更加牢固；

5，在試驗機頂蓋部分加裝了塑性變形追加調整單元，起著調節上夾具夾緊以及試樣發生塑性變形后調節其加載的力的大小的作用，相比上一代試驗機在試驗實施過程中的細節問題上做了更加詳細的考慮。

附圖說明