本发明专利技术是一种用于柔性材料弯曲疲劳测量的装置，其特征在于它由曲柄滑块齿条机构、力和位移传感器、上、下夹头、定位握持器及光学对中系统、升降和转动驱动系统与控制电路，以及程序控制和信号采集系统等组成。能有效、准确地完成柔性材料定负荷或定伸长下的定点弯曲疲劳和松弛蠕变性能的测量。所测特征指标为疲劳断裂时间，疲劳极限强度及极限应变，松弛时间，试样直径或厚度等。本装置结构简单实用、安装置换方便；可调控参数多，包括试样长度、定点位置及间距、弯曲转动角及角频率、初始负荷或伸长等；测量精确，可回避弯曲中作用点的移动、试样的偏移和振荡摆动等影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及柔性材料(纤维、纱线、织物及膜类材料等)领域中的疲劳测量技术。
技术介绍
疲劳是指材料在长时间或反复低应力作用下的破坏，更为具体地说，疲劳是指在反复应力或应变作用下材料的损伤或破坏，或在长时间静态应力或恒定应变作用下，由材料的蠕变或松弛所产生的损伤与破坏。疲劳破坏、疲劳寿命的评价应与给定的疲劳作用方式，如拉伸、弯曲、扭转、压缩、或复合作用等，相对应来加以考虑。疲劳的研究最初始于金属材料领域，由德国A.Wohler等人首先进行了这方面的研究探讨，指出了一些金属存在疲劳极限，并将疲劳试验结果绘成应力与循环次数关系的S-N曲线。接着美国人在这方面也进行了深入细致的研究。关于柔性材料的疲劳概念引入、初期理论都建立在已有的金属材料的疲劳知识上的。50年代到60年代苏联人开创了这方面的研究与应用，并提出了具有普遍意义的疲劳极限。70年代日本继续发展了它，接着英国、美国，以及我国陆续开始进行了柔性材料疲劳性能的研究(Hearle，J.W.S.and Wong，B.S.J.Mater.Sci.，1977，12(12)，2447；Kawabata，S.，Kotani，T.andYamashita，Y.，J.Text.Inst.，1995，86(2)，347；Sengonul，A.and Wilding，M.A.，J.Text.Inst.，1996，87(1).13；顾伯洪，蒋素婵，姚穆，纺织纤维重复弯曲疲劳性能的研究，西北纺织工学院学报，2001，15(2)221～224)。在柔性材料加工和实际使用过程中，不仅会受到拉伸作用，而且会受弯曲作用。在持久或反复弯曲作用下，材料同样会因疲劳而力学性能下降，甚至更容易解体破坏(Liu，X.Y.and Yu，W.D.，Chemical Fibers International，2004，54(3)，173)。因此，材料的弯曲疲劳性能影响着其实际使用寿命，进行相关的测量与表征，不仅可为材料的选用与搭配提供参考，而且对材料的加工和使用都有重要的指导意义。目前有许多商用疲劳试验仪，这些仪器是轴向拉压式，或经改造可进行施加载荷较大的材料弯曲疲劳测试。但这些仪器几乎无法用于如纤维、纱线、织物、高聚物膜等这样柔性材料的疲劳试验。已有的关于这些柔性材料的弯曲测试，主要集中在单面弯曲，测量指标多为材料的抗弯刚度和弯曲模量(Liu，X.Y.and Yu，W.D.Chemical Fibers International.2004，54(3).173；CN87210621U，赵志凯，毛贵庭，韩明.迭加载荷旋转弯曲疲劳试验机；JP2003307478，Ozawa Tadao，Ogawa Kazuyoshi，Osawa Masataka，YamadaAkira.Bending Fatigue Tester；GB493268，Bosch Gmbh Robert.Improvementsin or relating to machines for the fatigue testing or materials by bending；SU1045068，Rajz Mark Sh；Emelyanov Valentin P.Device for materialsfatigue-testing in pure bending；JP6207894.Iwasaki Hiroyuki.Bending staticfatigue tester for ceramics；JP58122446.Imura Tooru et al.Tester for fatigue byplane bending of thin sheet)。用于此类柔性材料的对称、定点弯曲疲劳的测量技术未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以进行无偏移振荡影响，可定点轴对称弯曲疲劳的测量装置，见附图1。该装置可用于纤维、纱线、织物和膜类等柔性材料的疲劳特征和松弛行为的测量。本专利技术的基本原理是，采用定点双面对称弯曲原理，反复弯曲纤维、纱线、织物、或膜类等试样，得到定负荷或定伸长下的试样弯曲疲劳特征曲线，如附图2。由于夹持试样定点弯曲时，会因定位针(附图3)直径的影响，产生多余伸长，形成附图2曲线1的波动。两个波动对应于下夹头5的左、右弯曲，故弯曲疲劳周期T0为两个波的长度。在定负荷F0(或应力σ0)作用下，材料从弯曲开始到最终断裂所需的时间tb除以T0即得到疲劳次数(或称疲劳寿命)n(n＝tb/T0)，该疲劳值亦可通过直接计数振荡波数N获得，n＝N/2。此为定负荷模式。亦可采用定伸长模式，但不适于大变形纤维。通常，当疲劳寿命n≥105时的最大初加定负荷(或应力)称为极限强度Fc(或σc)，其取决于弯曲转动角α，故是α角的函数Fc(α)、σc(α)。当初张力F0一定时，n≥105时的最大α角为极限转动角αc，其是F0(或σ0)的函数，即αc(F0)或αc(σ0)。根据αc角，定位针直径d，可得出试样弯曲表面的极限伸长率εc。当试样在恒定伸长ε0作用下，载荷F(或应力σ)会随时间t而衰减，即应力松弛，如附图2中的曲线4，由此可得试样的松弛行为和特征值松弛时间τ。此为松弛测量模式。本专利技术的一种柔性材料弯曲疲劳性能测量装置，含有一个带控制驱动电路、图像采集卡、数据采集卡、实测数据实时处理与计算程序的计算机和与该计算机相连的力、位移传感器、摄像器和步进电机。该装置是可对中移动的力传感器1、位移传感器2、悬挂于该力传感器1的上夹头3、可微调的定位握持器4、可同轴转动下夹头5、连接齿条7一端的曲柄机构8和由齿条7传动的转动盘6，置于下夹头5侧的光学对中系统9构成。所述的光学对中系统9由平行光束光源91、中空转动轴92、长焦光学显微镜头93(光学放大倍数为10～400倍)和CCD数码摄像器94构成。所述的步进电机受控于计算机并可带动上夹头移动，完成试样的恒定张力控制，或变化张力控制。所述的上夹头3为悬挂于重心、重量对称的夹头，通过力传感器1的对中移动与下夹头5完成对试样的同轴夹持。所述的下夹头5通过固定销定位和固紧于转动盘6上，下夹头5对纤维的夹持端中心可调，并以转动盘的轴心线为准转动。位移传感器2，在施加预张力或定伸长时启动，并在测量完成后，随上夹头一起复位，实现对试样的拉伸力和位移的精确测量。定位握持器4由可对称移动的双定位针41、微调夹持移动钮42、粗调夹持移动钮43，垂直对中移动钮44、水平对中移动钮45和固定板46构成，转动对应旋钮完成双定位针对试样的握持和对中定位时的移动。其特征在于定位握持器4装于转动盘6上，可作垂直和水平的对中移动，所述定位握持器上的两根定位针可对称移动加紧和松开，亦可单针微调移动加紧和松开试样。转动盘6、齿条7和曲柄联杆机构8，曲柄半径可通过连接滑快的位置改变调节，由此控制齿条7的动程和确定转动盘6的正、负偏转转动角α，实现对试样不同偏转角度的弯曲疲劳。计算机完成驱动、控制、记录、观察摄像和计算，完成试样的定负荷或定伸长反复弯曲疲劳及其特征值的测量。可以随设定的载荷要求自动移动上夹头，以保持载荷不变；亦可在达到设定位移值时，保持原位不动，给出载荷衰减曲线和其底部包络线(即松弛行为)，如附图2曲线4和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柔性材料弯曲疲劳性能测量装置，包括一个含有控制驱动电路、图像采集卡、数据采集卡、实测数据实时处理与计算程序的计算机和与该计算机相连的力、位移传感器、摄像器和步进电机，其特征在于它由可对中移动的力传感器１、位移传感器２、悬挂于该力传感器１的上夹头３、可微调的定位握持器４、可同轴转动下夹头５、连接齿条７一端的曲柄机构８和由齿条７传动的转动盘６，置于下夹头５侧的光学对中系统９构成；所述的光学对中系统９由平行光束光源９１、中空转动轴９２、长焦光学显微镜头９３和摄像器９４构成测量；所述的步进电机受控于计算机并可带动上夹头３移动；所述的上夹头３为悬挂于重心、重量对称的夹头，并与下夹头５完成对试样的同轴夹持；所述的下夹头５通过固定销定位和固紧于转动盘６上，下夹头５和定位握持器４对纤维的握持端中心可调，并以转动盘的轴心线为准转动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于伟东，刘晓艳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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