[發(fā)明專(zhuān)利]一種微納尺度下材料扭轉(zhuǎn)拉伸不同性能的測(cè)試裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610939133.4
• 申請(qǐng)日: 2016-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106568658B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋學(xué)勇;解克各;申亞京
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/22
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/22
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種微納尺度下材料扭轉(zhuǎn)拉伸不同性能的測(cè)試裝置及方法，裝置包括基座，基座通過(guò)兩根支撐臂和頂蓋板連接，頂蓋板連接托架框，托架框和頂蓋板均設(shè)有支撐主軸的磁懸浮軸承，主軸的中部通過(guò)兩層不同旋向的雙螺旋中心對(duì)稱(chēng)的游絲與托架框連接，主軸的下端通過(guò)上夾緊裝置連接待測(cè)試樣上端，待測(cè)試樣的下端通過(guò)下夾緊裝置連接在伺服馬達(dá)的輸出軸上，伺服馬達(dá)固定在位置調(diào)整裝置上，位置調(diào)整裝置連接在支撐臂上的高精度垂直移動(dòng)導(dǎo)軌上，主軸的上端設(shè)有主軸轉(zhuǎn)角的激光測(cè)量系統(tǒng)；方法通過(guò)磁懸浮進(jìn)行主軸的浮動(dòng)支撐和試樣的軸向預(yù)拉力加載，采用游絲和伺服馬達(dá)進(jìn)行待測(cè)試樣的扭矩和扭轉(zhuǎn)加載，本發(fā)明對(duì)微小力矩測(cè)量的敏感性好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料微納尺度扭轉(zhuǎn)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微納尺度下材料扭轉(zhuǎn)拉伸不同性能的測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)

微納尺度下材料的力學(xué)性能是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)，其直接關(guān)乎設(shè)計(jì)產(chǎn)品的壽命與成敗。近幾年研究發(fā)現(xiàn)，在各類(lèi)成像儀器的輔助觀測(cè)下，通過(guò)微納米扭轉(zhuǎn)力學(xué)測(cè)試技術(shù)可以對(duì)試樣進(jìn)行原位扭轉(zhuǎn)測(cè)試和對(duì)材料的微觀變形及損傷過(guò)程進(jìn)行原位觀察等諸多關(guān)鍵性指標(biāo)測(cè)試，對(duì)研究材料損傷機(jī)理及尺度效應(yīng)，進(jìn)而進(jìn)行小型化產(chǎn)品設(shè)計(jì)等具有重要的參考價(jià)值，受到了各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注。

目前，用于材料微納尺度扭轉(zhuǎn)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)大多采用接觸式支撐，而且設(shè)備的體積較大，同時(shí)存在試樣裝卡對(duì)中困難以及對(duì)測(cè)試材料扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的預(yù)拉力處理模糊等問(wèn)題，故現(xiàn)有設(shè)備仍存在測(cè)量精度和靈敏度不夠高，精密測(cè)量信噪比低，實(shí)驗(yàn)調(diào)試難度大，測(cè)試效率低等問(wèn)題。因此，通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)量支撐方式，改善試樣裝卡的對(duì)中問(wèn)題，提高設(shè)備整體精度和穩(wěn)定性，對(duì)搭建更高標(biāo)準(zhǔn)的材料微納尺度扭轉(zhuǎn)測(cè)試平臺(tái)，探索材料微納尺度下的不同性能，幫助并引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)者建立材料微納尺度不同性能的意識(shí)具有重要的實(shí)際意義，同時(shí)也是一項(xiàng)緊迫且具挑戰(zhàn)性的工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種微納尺度下材料扭轉(zhuǎn)拉伸不同性能的測(cè)試裝置及方法，裝置體積小，靈敏度高；測(cè)量范圍廣，重復(fù)性強(qiáng)；預(yù)拉力可控，數(shù)值精確；調(diào)試難度低，信噪比高；測(cè)試效率高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種微納尺度下材料扭轉(zhuǎn)拉伸不同性能的測(cè)試裝置，包括水平放置的基座1，基座1通過(guò)兩根垂直布置的支撐臂2和頂蓋板8連接，頂蓋板8連接托架框6，托架框6的底部和頂蓋板8的中部均設(shè)有支撐主軸17的磁懸浮軸承20，主軸17的中部通過(guò)兩層不同旋向的雙螺旋中心對(duì)稱(chēng)的第一游絲7-1和第二游絲7-2與托架框6的內(nèi)壁連接，第一游絲7-1和第二游絲7-2在水平支撐方向呈十字交叉布置，主軸17的下端連接有上夾緊裝置5-2，上夾緊裝置5-2和待測(cè)試樣21的上端連接，待測(cè)試樣21的下端和下夾緊裝置5-1連接，下夾緊裝置5-1連接在伺服馬達(dá)4-2的輸出軸24上，伺服馬達(dá)4-2固定在位置調(diào)整裝置4-1上，位置調(diào)整裝置4-1連接在支撐臂2上的高精度垂直移動(dòng)導(dǎo)軌3上。

在頂蓋板8的頂面設(shè)有托架框調(diào)節(jié)旋鈕9，通過(guò)托架框調(diào)節(jié)旋鈕9能夠帶動(dòng)托架框6繞托架框6中心旋轉(zhuǎn)；頂蓋板8的頂面靠近主軸17的位置設(shè)有電磁體10，電磁體10與主軸17上端連接的上磁盤(pán)11通過(guò)磁斥力作用使主軸17懸浮；主軸17的下端設(shè)有下磁盤(pán)19，托架框6底部連接的位置檢測(cè)元件18對(duì)下磁盤(pán)19上下面的位置進(jìn)行檢測(cè)，主軸17的頂端連接有反射鏡12，反射鏡12的反射面與主軸17的回轉(zhuǎn)中心共面安裝，在頂蓋板8的頂面的邊部還設(shè)有一個(gè)平行激光發(fā)射器15和測(cè)量尺14，平行激光發(fā)射器15所發(fā)出的入射光線22通過(guò)測(cè)量尺14上面的小孔照射到反射鏡12，并由反射鏡12反射到測(cè)量尺14上。

所述的頂蓋板8的下方設(shè)有環(huán)型槽13，托架框6為圓筒型，托架框6上端靠近環(huán)形槽13處含有齒圈，三個(gè)緊固套16壓緊該齒圈，齒圈的輪齒與托架框調(diào)節(jié)旋鈕9下方的小齒輪連接，托架框調(diào)節(jié)旋鈕9的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)托架框6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。