用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器，属于材料力学性能测试领域。仪器整体采用卧式布置，可实现高温下拉扭复合载荷的加载。加载模块通过环状电阻丝加热片对试件进行均匀加热，最高加热温度可达1100℃；加载模块前后安装有中子镜片，其尺寸确保中子束流能照射试件的指定位置。优点在于：采用双端同步拉伸，保证试样在拉扭过程中，中子束流照射区域不发生偏移；滚珠丝杠和扭转轴在同一轴线上，有效提高了测试结果的准确性；能在满足中子散射应力谱仪束流角度要求的条件下，对试件进行力‑热耦合加载；可与中子散射应力谱仪集成使用，实时动态监测被测试件的内部应力、应变分布及微观组织结构的演化等信息。

In situ testing instrument for mechanical properties of materials used for neutron scattering analysis

The invention relates to an in-situ testing instrument for material mechanical properties used for neutron scattering analysis, belonging to the field of material mechanical properties testing. The overall arrangement of the instrument is horizontal, which can realize the loading of the combined load under tension and torsion at high temperature. The loading module uniformly heats the specimen through the annular resistance wire heating sheet, and the maximum heating temperature can reach 1100 C. The neutron lens is installed before and after the loading module, whose size ensures the specified position of the neutron beam energy irradiation specimen. The advantages are as follows: synchronous tension at both ends ensures that the irradiation area of neutron beam does not deviate during tension and torsion; the ball screw and the torsion axis are on the same axis, which effectively improves the accuracy of the test results; and the force and heat of the specimen can be carried out under the condition that the beam angle of the neutron scattering stress spectrometer is satisfied. Coupled loading; can be integrated with neutron scattering stress spectrometer, real-time dynamic monitoring of the internal stress, strain distribution and microstructure of the specimen evolution and other information.

【技术实现步骤摘要】
用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器
本专利技术涉及材料力学性能原位测试仪器领域，特别涉及一种用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器。可以在中子散射的环境下为被测试件提供拉/压、扭转多种载荷，并通过加载模块为被测试件提供高温环境，配合中子散射应力谱仪可获取被测试件的内部应力、应变分布及微观织构的演化等信息，并结合其他原位观测装置可以有效地对被测试件进行力学性能测试。
技术介绍
随着经济的高速发展，国防工程、航空航天、核能等领域得以迅速发展，对服役条件下材料的力学性能提出了更高的要求，由此引发了材料科技的快速发展，各类新材料不断涌现，对这些新材料的力学性能测试分析逐渐成为研究的热点。材料力学性能观测手段也随之迅速发展起来，其中中子散射技术是利用低能中子的散射效应获取物质相关信息的一种实验技术，是目前解决材料科学和凝聚态物质物理学等多个学科领域特定科学问题的不可或缺的重要科学手段，中子散射技术配合原位加载技术能够获取服役条件下材料的内部应力、应变分布及微观织构的演化等信息，可实现对服役条件下材料的宏观性能和微观结构变化的联合研究。欧美国家实验室皆将中子散射应力测量技术列为材料工程研究的重点，同时利用力-热耦合加载等原位测量技术为各种微、介观力学模型提供必要的实验数据，帮助建立材料损伤的新判据，为材料的服役安全性和可靠性提供准确的评估。但由于国内中子散射技术处于起步阶段，鲜有适合中子散射分析环境的力学加载装置，因此研究用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器，解决了现有材料性能测试仪器不能在中子散射分析环境下进行材料力学性能原位测试的问题，且在一定程度上填补了现有技术的空白。本专利技术可以实现在中子散射分析环境下对试件同时进行拉/压和扭转，并且采用电阻丝加热片对试件进行加热，最高可达1100℃。本专利技术滚珠丝杠和扭转轴在同一轴线上，即拉伸轴和扭转轴同轴，消除了传统拉扭力学加载装置的由于拉伸扭转不在同一轴线上产生的弯矩，使测试结果更加准确。本专利技术采用双向拉扭，运用双向同步运动方式，保证试样在拉扭过程中，中子束流照射区域不发生偏移。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器，包括底座1、加载模块2、高温腔支撑座3、扭转模块4、拉伸模块5、导轨滑块模块6、位移测量模块7、同步带模块8、拉扭传感器9、扭转角度测量模块10，所述加载模块2通过电阻丝加热片223对试件209进行加热，并通过高温腔支撑座3与底座1固连；所述扭转模块4、拉伸模块5通过拉扭传感器9、夹具体201对试件209进行力学加载，所述扭转模块4固定在丝杠螺母座501上，所述拉伸模块5通过滑块602固定在导轨滑块模块6上，所述导轨滑块模块6固定在底座1上；所述同步带模块8带动拉伸模块5的滚珠丝杠503转动，并固定在底座1上；所述位移测量模块7固定在导轨定位块601上；所述拉扭传感器9一端与轴连接法兰410相连，另一端与夹具体201相连；所述扭转角度测量模块10固定在轴承座412上。所述的扭转模块4是：扭转力矩电机401通过扭转减速器402与扭转力矩电机支架405相连，并固定在拉伸模块5的丝杠螺母座501上；小齿轮408通过齿轮端盖407固定在扭转减速器402轴上，大齿轮409与扭转轴413相连，扭转轴413一端通过深沟球轴承Ⅰ411与轴承座412相连，另一端通过双向推力球轴承417、深沟球轴承Ⅱ415与丝杠螺母座501相连；轴承座412通过连接杆416与丝杠螺母座501相连，并固定在导轨滑块模块6的滑块602上；双向推力球轴承417通过圆螺母418与扭转轴413相连，并通过轴承端盖Ⅰ403与丝杠螺母座501相连，深沟球轴承Ⅱ415分别与轴承端盖Ⅰ403、轴承端盖Ⅱ406相连，轴承端盖Ⅰ403、垫片404、轴承端盖Ⅱ406固定在丝杠螺母座501上；轴套414一端与深沟球轴承Ⅱ415相连，另一端与大齿轮409相连；轴连接法兰410一端与扭转轴413相连，另一端与拉扭传感器9相连；扭转力矩电机401通过扭转减速器402和齿轮传动副将动力传递到扭转轴413，然后通过轴连接法兰410将动力传递到拉扭传感器9，从而带动夹具体201扭转。所述的同步带模块8是：同步带力矩电机801、同步带减速器802分别与同步带力矩电机支架804相连，并固定在力矩电机支撑座803上，力矩电机支撑座803固定在底座1上；小同步带轮805固定在同步带减速器802轴上，大同步带轮809通过带轮端盖810、固定螺栓811固定在拉伸模块5的滚珠丝杠503轴上，同步带808安装在大、小同步带轮上，张紧轮模块806通过内六角螺栓Ⅱ807固定在力矩电机支撑座803上，并对同步带808进行张紧；同步带力矩电机801通过大、小同步带轮将动力传递到滚珠丝杠503上。所述的拉伸模块5是：滚珠丝杠503通过方螺母507、轴承挡圈508、角接触球轴承509与滚珠丝杠轴承座505相连，轴承端盖506固定在滚珠丝杠轴承座505上，滚珠丝杠轴承座505固定在支撑座504上，支撑座504固定在导轨滑块模块6的导轨定位块601上；丝杠螺母502与滚珠丝杠503相连，丝杠螺母座501通过内六角螺栓510和丝杠螺母502固连，丝杠螺母座501固定在滑块602上；滚珠丝杠503转动带动丝杠螺母502做往复直线运动，然后通过丝杠螺母座501带动扭转模块4的扭转轴413做往复直线运动，最后通过拉扭传感器9带动夹具体201做往复直线运动。所述的扭转模块4、拉伸模块5、同步带模块8分别有两套，在仪器两端呈对称布置，实现对被测试样的双端拉扭加载。所述的扭转轴413一端开有空间扩展孔，滚珠丝杠503的一部分伸入该空间扩展孔内。所述的拉扭传感器9一端通过法兰与轴连接法兰410相连，另一端通过法兰与夹具体201相连，使拉伸模块5、扭转模块4和加载模块2分开，如需在其他环境下进行材料力学性能测试，仅需更换加载模块2即可。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是用于中子散射分析进行设计的材料力学性能原位测试仪器，因此本专利技术能够在满足中子散射应力谱仪束流角度要求的条件下，对试件进行拉伸/压缩、扭转及高温加载；本专利技术采用两端同步拉伸的方式，保证试样在拉伸过程中，中子束流照射区域不发生偏移；本专利技术中滚珠丝杠和扭转轴在同一轴线上，即拉伸轴和扭转轴同轴，避免了拉伸与扭转轴线不同轴产生冗余弯矩的问题，有效提高了测试结果的准确性；本专利技术可与中子散射应力谱仪集成使用，获取试件的晶间应力分布和织构演化信息，对研究材料在服役条件下承受复合载荷的损伤机制具有指导意义；本专利技术中的加载模块和拉、扭模块是分开的，如需在其他环境下对试件进行材料力学性能分析，只需更换加载模块即可实现要求。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的加载模块结构示意图；图3为本专利技术的拉伸、扭转模块结构示意图；图4为本专利技术的拉伸模块剖面图；图5为本专利技术的同步带模块结构示意图；图6为本专利技术的导向支撑模块结构示意图；图7为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：包括底座（1）、加载模块（2）、高温腔支撑座（3）、扭转模块（4）、拉伸模块（5）、导轨滑块模块（6）、位移测量模块（7）、同步带模块（8）、拉扭传感器（9）、扭转角度测量模块（10），所述加载模块（2）通过电阻丝加热片（223）对试件（209）进行加热，并通过高温腔支撑座（3）与底座（1）固连；所述扭转模块（4）、拉伸模块（5）通过拉扭传感器（9）、夹具体（201）对试件（209）进行力学加载，所述扭转模块（4）固定在丝杠螺母座（501）上，所述拉伸模块（5）通过滑块（602）固定在导轨滑块模块（6）上，所述导轨滑块模块（6）固定在底座（1）上；所述同步带模块（8）带动拉伸模块（5）的滚珠丝杠（503）转动，并固定在底座（1）上；所述位移测量模块（7）固定在导轨定位块（601）上；所述拉扭传感器（9）一端与轴连接法兰（410）相连，另一端与夹具体（201）相连；所述扭转角度测量模块（10）固定在轴承座（412）上。

【技术特征摘要】
1.一种用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：包括底座（1）、加载模块（2）、高温腔支撑座（3）、扭转模块（4）、拉伸模块（5）、导轨滑块模块（6）、位移测量模块（7）、同步带模块（8）、拉扭传感器（9）、扭转角度测量模块（10），所述加载模块（2）通过电阻丝加热片（223）对试件（209）进行加热，并通过高温腔支撑座（3）与底座（1）固连；所述扭转模块（4）、拉伸模块（5）通过拉扭传感器（9）、夹具体（201）对试件（209）进行力学加载，所述扭转模块（4）固定在丝杠螺母座（501）上，所述拉伸模块（5）通过滑块（602）固定在导轨滑块模块（6）上，所述导轨滑块模块（6）固定在底座（1）上；所述同步带模块（8）带动拉伸模块（5）的滚珠丝杠（503）转动，并固定在底座（1）上；所述位移测量模块（7）固定在导轨定位块（601）上；所述拉扭传感器（9）一端与轴连接法兰（410）相连，另一端与夹具体（201）相连；所述扭转角度测量模块（10）固定在轴承座（412）上。2.根据权利要求1所述的用于中子散射分析的材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：所述的扭转模块（4）是：扭转力矩电机（401）通过扭转减速器（402）与扭转力矩电机支架（405）相连，并固定在拉伸模块（5）的丝杠螺母座（501）上；小齿轮（408）通过齿轮端盖（407）固定在扭转减速器（402）轴上，大齿轮（409）与扭转轴（413）相连，扭转轴（413）一端通过深沟球轴承Ⅰ（411）与轴承座（412）相连，另一端通过双向推力球轴承（417）、深沟球轴承Ⅱ（415）与丝杠螺母座（501）相连；轴承座（412）通过连接杆（416）与丝杠螺母座（501）相连，并固定在导轨滑块模块（6）的滑块（602）上；双向推力球轴承（417）通过圆螺母（418）与扭转轴（413）相连，并通过轴承端盖Ⅰ（403）与丝杠螺母座（501）相连，深沟球轴承Ⅱ（415）分别与轴承端盖Ⅰ（403）、轴承端盖Ⅱ（406）相连，轴承端盖Ⅰ（403）、垫片（404）、轴承端盖Ⅱ（406）固定在丝杠螺母座（501）上；轴套（414）一端与深沟球轴承Ⅱ（415）相连，另一端与大齿轮（409）相连；轴连接法兰（410）一端与扭转轴（413）相连，另一端与拉扭传感器（9）相连；扭转力矩电机（401）通过扭转减速器（402）和齿轮传动副将动力传递到扭转轴（413），然后通过轴连接法兰（410）将动力传递到拉扭传感器（9），从而带动夹具...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世忠，赵运来，赵宏伟，白元元，薛博然，刘泽洋，李磊，王赵鑫，孙书博，郑艳芳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22