[發明專利]一種開放式多場耦合測試系統

有效

• 申請號: 202110758605.7
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113484144B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 張楊飛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N25/20;G01N27/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發明公開了一種開放式多場耦合測試系統，包括依次疊放在開放式框架內的壓力傳感器、水冷板、熱流測量極、冷極、熱極、熱源和隔熱保護板，及其上方的承重臺、步進電機及絲桿，與它們連接的主機、冷卻水循環機、直流穩壓電源、數字源表。待測材料試樣放置于冷極和熱極之間，在熱流測量極、冷極、熱極靠近上下兩端設有熱電偶測量溫度。該測試系統集熱、電、力等多場耦合加載功能和性能測試于一體，能夠實現多場耦合作用下功能材料和智能材料力學、電學、熱學等性能參數的測試，不僅可以測試平面試樣，還可以測試曲面等異形試樣，冷極、熱極、熱源等部件設計靈活，更換方便，同時可以兼容紅外熱成像、數字標記點圖像測量等其他實驗技術。

技術領域

本發明涉及材料測試技術，特別涉及一種多場耦合測試系統，測量多物理場耦合作用下的材料力學、電學和熱學等基本性能參數。

背景技術

隨著材料科學技術的不斷發展，導電、導熱、壓電、光電、熱電、磁電、形狀記憶等功能材料和智能材料已經逐漸應用于電子信息、能源交通、生物醫療、航空航天等眾多領域。這些材料在服役過程中，常常遇到溫度變化、電壓載荷、承受外力等復雜的工作環境，如果在產品設計和應用時，直接使用現有數據庫及工程手冊中的材料參數或者在常規條件下測得的材料參數，不考慮外界環境的作用影響，容易導致設計不合理、性能不達標、壽命降低甚至結構失效等嚴重問題。測量力場、電場、熱場、光場、磁場、聲場等多物理場耦合作用下的材料力學、電學和熱學等基本性能參數，是評價材料服役行為、提供準確工程設計參數的關鍵，對于功能材料和智能材料及其相關產品的結構優化、性能提升、穩定工作、避免損壞和失效具有重要價值。

傳統測試設備及測試方法由于測試目的較為單一，除了恒溫等部分加載裝置外，很少配置多個物理場的加載裝置，難以實現多場耦合作用下材料力學、電學、熱學等基本性能參數的測量，同時經典的實驗技術理論也很少涉及到多個物理場耦合的情況。多場耦合問題的研究具有多樣化、針對性和難度大的特點：一方面需要考慮導電、導熱、壓電、形狀記憶等材料自身的粘彈性等特性，另一方面還要考慮所承受的高溫、高壓、振動、沖擊、電流等環境因素的影響。

目前多場耦合測試仍然以經典的實驗技術理論和測試方法為基礎，這些方法經過了多年的發展和實踐檢驗，形成了國際和國家測試標準，積累了豐富的數據，具有極高的可靠性和參照性。多場耦合問題的研究以經典理論和實驗為基礎，能夠更好地進行測試系統及測試方法的優化改進和應用推廣，融入到現有的工程設計體系中，提供滿足需求、切實有用的數據。近年來，以傳統的拉伸、壓縮和納米壓痕等實驗方法為基礎，通過在材料萬能試驗機、納米壓痕儀等設備上集成多場加載裝置和測試部件，已經可以開展力電熱磁等多場耦合測試，不斷推動著多場耦合問題的解決和技術發展。然而這些設備體積較大、結構復雜、操作要求高，為了減少測試環境的干擾，多場加載裝置和測試部件大多為封閉式，雖然可以提高測試的精確度，但是不利于功能模塊的豐富多樣、優化改進和靈活組裝，以及其他實驗技術的配合使用，在一定程度上限制了多場耦合測試的范圍和極限。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種開放式的多場耦合測試系統，集熱、電、力等多場耦合加載功能和性能測試于一體。

本發明的技術方案如下：