拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法技术

本发明专利技术涉及一种拉扭复合‑力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法，属于精密仪器装备领域。包括支撑模块、拉伸加载模块、扭转加载模块、高温加载模块和原位监测模块，拉伸加载模块的拉伸电机固定在斜齿轮减速机一的一侧，斜齿轮减速机一的另一侧通过固定螺栓一固定在支撑模块的上底座上，对被测试样实现双向同步拉伸加载。本发明专利技术可在高温环境下，对被测试样开展拉伸—扭转复合载荷的加载与测试，动态测试高温、拉伸‑扭转复杂机械载荷作用下材料的力学行为与性能演化规律，具有整机结构稳定、兼容模块丰富、测试精度高、载荷加载的环境复杂度高等特点。为材料研发制备、机械装备的优化设计及其寿命预测和可靠性评估提供重要的基础与支撑。

Testing instruments and methods for mechanical properties of materials under the condition of tension torsion composite force thermal coupling

【技术实现步骤摘要】
拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法
本专利技术涉及精密仪器装备领域，特别涉及一种用于测试表征材料力学性能的精密仪器装备，尤指一种拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器与方法。该仪器装备可实现对被测试样在高温环境下的拉伸/压缩—扭转载荷复合加载，并集成原位监测模块，实时动态地观测材料在复杂机械载荷作用下的力学行为与性能演化规律。本专利技术为材料在复杂静动态机械载荷、极端物理场中的服役性能研究提供了新的测试方法和思路；同时为材料研发制备、机械装备的优化设计及其寿命预测和可靠性评估提供重要的基础与支撑。
技术介绍
材料的开发与应用是国家工业的发展基石，小到机械零部件的材料革新，大到飞机导弹、军舰飞船的轻量化选材，都在凸显材料在国民生活中的重要地位，因此对材料的力学性能测试研究可推动多个领域的并行发展。材料的力学性能测试技术可分宏观、介观及微观测试，常见的拉伸、压缩、扭转、弯曲、疲劳测试等均是对试样施加力学载荷；电场、磁场、温度场等物理场可与力学载荷耦合在一起，实现多物理场与多种机械载荷复合加载，模拟材料在复杂服役环境中的工况条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，其特征在于：包括支撑模块（1）、拉伸加载模块（2）、扭转加载模块（3）、高温加载模块（4）和原位监测模块，所述拉伸加载模块（2）的拉伸电机（13）固定在斜齿轮减速机一（14）的一侧，所述斜齿轮减速机（14）的另一侧通过固定螺栓一（22）固定在支撑模块（1）的上底座（12）上，对被测试样（72）实现双向同步拉伸加载；/n所述扭转加载模块（3）通过扭转支撑座（25）上的法兰螺母座（27）与拉伸加载模块（2）的丝杠螺母副机构耦合在一起，扭转电机（53）及斜齿轮减速机二（52）通过电机座（50）与扭转支撑板（42）刚性连接，实现对被测试样（72）双...

【技术特征摘要】
1.一种拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，其特征在于：包括支撑模块（1）、拉伸加载模块（2）、扭转加载模块（3）、高温加载模块（4）和原位监测模块，所述拉伸加载模块（2）的拉伸电机（13）固定在斜齿轮减速机一（14）的一侧，所述斜齿轮减速机（14）的另一侧通过固定螺栓一（22）固定在支撑模块（1）的上底座（12）上，对被测试样（72）实现双向同步拉伸加载；
所述扭转加载模块（3）通过扭转支撑座（25）上的法兰螺母座（27）与拉伸加载模块（2）的丝杠螺母副机构耦合在一起，扭转电机（53）及斜齿轮减速机二（52）通过电机座（50）与扭转支撑板（42）刚性连接，实现对被测试样（72）双端静态扭转载荷同步加载；
所述高温加载模块（4）通过X型支座（63）与支撑模块（1）的支撑板（7）刚性连接，并通过上部动密封波纹管（57）和下部动密封波纹管（58）分别与扭转加载模块（3）的上法兰连接件（70）和下法兰连接件（73）刚性连接，构成真空环境或填充惰性气体用以隔绝氧气，防止被测试样（72）在高温加载过程中发生氧化反应，影响实验结果。


2.根据权利要求1所述的拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的支撑模块（1）采用立式四立柱的布局方式，上底座（12）、下底座（10）和支撑板（7）通过锁紧螺母（5）与四根立柱（11）刚性连接，导向板一（6）和导向板二（8）与立柱（11）之间设有衬套（32），所述衬套（32）通过M6螺钉（33）固定在导向板二（8）上，所述衬套（32）通过M5螺钉（29）与挡圈（30）固定，所述挡圈（30）与衬套（32）之间装有防尘圈（31），下底座（10）固定在隔振台（9）上。


3.根据权利要求1所述的拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的拉伸加载模块（2）的拉伸电机（13）与斜齿轮减速机一（14）刚性连接，所述斜齿轮减速机一（14）的输出轴通过键连接的方式与连轴套（16）上端配合；所述连轴套（16）在轴间处成对安装角接触球轴承三（21），所述角接触球轴承三（21）承受径向、轴向双向联合载荷，并限制连轴套（16）在一个方向的轴向位移，且将轴向力传递给支撑模块（1）的上底座（12），由与立柱（11）配合的锁紧螺母（5）承受剪切力；所述连轴套（16）下端与丝杠（19）固定在一起，丝杠（19）将拉伸电机（13）输出轴的旋转运动转化为螺母（18）的直线运动；所述丝杠（19）与螺母（18）之间的滚动元件是均布的螺纹滚柱（17）。


4.根据权利要求1所述的拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的扭转加载模块（3）的扭转电机（53）与斜齿轮减速机二（52）固连在一起，所述斜齿轮减速机二（52）的另一端固定在电机座（50）上，所述斜齿轮减速机二（52）的输出轴与扭转轴（51）通过键连接配合，所述扭转轴（51）的另一端轴间处安装深沟球轴承一（43），与所述深沟球轴承一（43）配套使用的轴承小端盖（44）固定在轴承座（45）上。


5.根据权利要求4所述的拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的扭转加载模块（3）的斜齿轮减速机二（52）降速增扭后，动力经斜齿轮减速机二（52）的输出轴传递给扭转轴（51），所述扭转轴（51）与中心轴（39）之间通过同步带（47）、小带轮（48）和大带轮（37）传动，所述中心轴（39）一端连接圆光栅编码器（24），另一端通过中间连接件一（69）与夹具组件相连，扭转支撑板（42）通过螺栓连接固定在扭转支撑座（25）上，所述扭转支撑座（25）内的角接触球轴承一（36）与中心轴（39）配合，限制中心轴（39）径向位移；所述中心轴（39）的另一侧轴间处成对安装角接触球轴承二（41），所述角接触球轴承二（41）外径与扭转支撑座（25）内孔配合，扭转支撑板（42）、扭转支撑座（25）是整个扭转加载模块（3）的传动基础，可限制中心轴（39）的自由度，使其只能实现绕轴线转动，从而完成扭转...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，方宇明，李世超，张晗，赵久成，牟禹安，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22