[發(fā)明專利]一種用于紅外光譜儀原位分析的力熱耦合疲勞試驗裝置

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• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111141699A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 林強;陳剛
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/01;G01N3/32;G01N3/04;G01N1/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發(fā)明屬于材料力學性能測試領域，公開了一種用于紅外光譜儀原位分析的力熱耦合疲勞試驗裝置，主要由結(jié)構(gòu)體及其內(nèi)部的力學加載單元、數(shù)據(jù)采集單元和環(huán)境加載單元組成；力學加載單元包括電機、三個帶輪、兩條傳送帶、兩個絲杠、螺母頂塊、兩個橫梁、兩套夾具組；數(shù)據(jù)采集單元包括光柵尺、讀數(shù)頭、載荷傳感器；環(huán)境加載單元包括進氣口、濕度傳感器、環(huán)境箱上蓋板、溫濕度環(huán)境箱。本發(fā)明可安裝于傅里葉紅外光譜儀和偏光顯微鏡等儀器內(nèi)，實現(xiàn)力學性能測試過程中對材料的原位成分分析和微觀結(jié)構(gòu)表征，分析材料疲勞試驗中成分變化規(guī)律和失效行為；還可以在線調(diào)控試樣環(huán)境的溫度和濕度，實現(xiàn)力熱濕耦合加載環(huán)境，滿足對材料化學成分和結(jié)構(gòu)的深入研。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于材料力學性能測試領域，具體的說，是涉及一種微型疲勞試驗裝置。

背景技術(shù)

目前，傅里葉紅外光譜通過研究分子的結(jié)構(gòu)和化學鍵，已成為分析材料化學成分的主要手段，使用紅外光譜儀對材料進行定性分析，已廣泛應用于生物學、材料科學和高分子化學等研究領域。結(jié)合材料力學測試和紅外光譜檢測分析材料結(jié)構(gòu)和成分變化規(guī)律具有十分重要的研究價值。動態(tài)紅外光譜技術(shù)是指將小型拉伸機放入紅外光譜樣品池中，在應力作用下獲得材料每一瞬間的分子結(jié)構(gòu)和取向變化，這種技術(shù)對于材料形變過程和斷裂機理研究具有十分重要的意義。但這種新型技術(shù)還存在一些問題：

1、目前針對動態(tài)紅外光譜儀開發(fā)的原位力學試驗裝置一般只能進行拉伸試驗，但對于材料在疲勞試驗中結(jié)構(gòu)成分變化規(guī)律和失效行為的分析也至關(guān)重要，而單軸拉壓疲勞試驗機多采用液壓系統(tǒng)或者齒輪傳動實現(xiàn)，體積大且回隙明顯，集成拉伸、壓縮、剪切、疲勞等各項力學性能測試的動態(tài)紅外光譜試驗裝置有待開發(fā)；

2、現(xiàn)有的用于紅外光譜儀的力學加載裝置只能實現(xiàn)溫度的調(diào)控，而濕度對多數(shù)高分子薄膜材料的影響不容忽視，因此力熱耦合疲勞試驗裝置需要結(jié)合濕度調(diào)控，從而滿足材料在不同濕度環(huán)境下的研究；

3、隨著材料微觀尺度研究的深入，要求微型原位力學試驗裝置能夠兼容紅外光譜儀和偏光顯微鏡，完成同一試樣原位組分分析和微觀結(jié)構(gòu)觀測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有動態(tài)紅外光譜技術(shù)能實現(xiàn)疲勞加載的技術(shù)問題，而提供一種用于紅外光譜儀原位分析的力熱耦合疲勞試驗裝置，結(jié)構(gòu)緊密，回隙小，可安裝于傅里葉紅外光譜儀和偏光顯微鏡等儀器，實現(xiàn)力學性能測試過程中對材料的原位成分分析和微觀結(jié)構(gòu)表征，分析材料疲勞試驗中成分變化規(guī)律和失效行為；還可以配合溫濕度環(huán)境裝置，在線調(diào)控試樣環(huán)境的溫度和濕度，實現(xiàn)力熱濕耦合加載環(huán)境，滿足對材料化學成分和結(jié)構(gòu)的深入研究。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種用于紅外光譜儀原位分析的力熱耦合疲勞試驗裝置，包括電機，所述電機驅(qū)動第一帶輪，所述第一帶輪通過第一傳送帶連接第二帶輪，第二帶輪通過第二傳送帶連接第三帶輪；所述第二帶輪軸連接第一絲杠，所述第三帶輪軸連接第二絲杠；第一絲杠和第二絲杠均為左右旋雙向滾珠絲杠，兩者相互平行且同旋向螺紋同側(cè)設置，第一絲杠的兩端和第二絲杠的兩端分別通過軸承固定；

第一絲杠的不同旋向螺紋處和第二絲杠的不同旋向螺紋處分別螺紋配合有螺母頂塊，第一絲杠和第二絲杠的的相同旋向螺紋處分別設置有第一橫梁和第二橫梁，所述第一橫梁和所述第二橫梁分別通過兩個所述螺母頂塊橫跨安裝在所述第一絲杠和所述第二絲杠之間；從而使所述第一絲杠和所述第二絲杠的旋轉(zhuǎn)運動能夠轉(zhuǎn)化為所述第一橫梁和所述第二橫梁對稱同步的相向或背向直線運動；

所述第一橫梁通過所述第一夾具連接件連接所述第一夾具和第一夾具蓋板，所述第二橫梁通過所述第二夾具連接件連接所述第二夾具和所述第二夾具蓋板；

所述第一橫梁安裝有光柵尺并對應設置有讀數(shù)頭，所述第二橫梁和所述第二夾具連接件之間連接有載荷傳感器；