一种可旋转的微小型原位材料试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可旋转的微小型原位材料试验系统，该系统包括高刚性主机机架、传动系统、控制系统、实时数据采集单元以及第三方同步辐射X射线系统和第三方同步DIC系统，该传动系统包括高精度可往复式直线运动机构和旋转运动机构：该直线运动机构用于对材料试样进行包括拉伸、压缩、卸载再加载、疲劳损伤的试验；该旋转运动机构用于按第三方同步辐射X射线系统的试验要求进行无级旋转、使得材料试样在有效的视场高度内被第三方同步辐射X射线系统无障碍穿透；本发明专利技术解决了传动方法进行材料力学试验时，只能进行单调拉伸试验而不能进行压缩试验的问题；解决了现有技术需要CT机扫描材料试样时，因为不能实现无障碍扫描的问题。因为不能实现无障碍扫描的问题。因为不能实现无障碍扫描的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可旋转的微小型原位材料试验系统


[0001]本专利技术属于材料力学的试验与测试
，尤其涉及一种可旋转的微小型原位材料试验系统。

技术介绍

[0002]材料原位CT技术是材料跨尺度力学标征的关键技术之一，而这项技术中最为关键的一步就是发展可旋转的微小型原位材料试验系统与非接触DIC系统和高精度同步辐射X射线系统联合使用。可旋转的微小型原位材料试验系统性能的稳定性和可靠性直接关系到材料力学表征的水平。
[0003]然而，可旋转的微小型原位材料试验系统并不是传统大型标准材料试验机的等比例缩小，它具有自身的独特性能，如在加载过程中可自旋转、材料在有效的视场高度内无阻障碍物以便CT穿透等特点，导致应用传统大型标准材料试验机的设计思路搭建的测试台并不能满足材料原位CT的测试要求。
[0004]可旋转的微小型原位材料试验系统为非标产品，国内相关的标准资料很少，缺乏可借鉴的设计思路，只能根据相关测试理论及经验探索设计方案，为试验与测试系统的设计在一定程度增加了难度，且现有市场上普遍使用的微小型原位材料试验系统多为简易装置，仅能用来对材料实现单调拉伸试验，对其拉力进行粗略测量，并没有对材料压缩、卸载再加载和动态疲劳损伤性能进行测试，更没有规范的数据采集和处理系统，使得原位材料试验系统、数据采集处理系统和第三方非接触DIC系统和高精度同步辐射X射线系统相互独立，只能人工触发与操作，必然会导致应力、应变等试验数据在时间尺度上的不能精确对应，为材料力学表征和评价带了极大的困难。
[0005]现有技术的原位材料试验系统存在的问题是：第一、只能做相对简单的拉伸试验、不能做包括压缩/卸载再加载/疲劳损伤的相对复杂的试验。因为相对复杂的压缩/卸载再加载/疲劳损伤试验，在力的施加过程中是将材料试样的两端向中间挤压，要求材料试样的上下两端高度对中，一旦材料试样两端出现偏离轴中心线不对中的情况，就会在该两端之间产生额外的弯矩力，该弯矩力作用在材料试样上就会造成材料试样的不准确或者材料试样发生断裂；由于现有技术未能找出防止产生额外的弯矩力的方法，所以长期以来，原位材料试验系统只能做简单的拉伸试验。第二、现有技术的原位材料试验系统试验设备在自转360度时不能被第三方CT机无障碍穿透。因为试验设备在四个角设有多根粗壮的高刚度钢柱作为支撑主架，这些粗壮的钢柱在360 度自转中成为CT扫描机的遮挡物，遮挡了CT扫描的视线，因此，当需要对材料试样做CT扫描时，只能将试验到达一定程度时的设备停止运转，然后将材料试样从试验机上取下来再拿到CT扫描设备上扫描，这样导致CT扫描的材料试样不再是原位状态，不能做到试验过程中被第三方CT扫描系统同步扫描。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决现有技术的问题，提出一种可旋转的微小型原位材料试验系统，第
一目的在于解决现有及只能做相对简单的拉伸试验、不能做相对复杂的压缩/卸载再加载/疲劳损伤模式的试验的问题；第二目的在于解决现有技术的原位材料试验系统不能配合第三方CT扫描实现360无障碍旋转的问题。
[0007]本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案：
[0008]一种可旋转的微小型原位材料试验系统，该系统包括高刚性主机机架子系统、传动子系统、控制子系统、实时数据采集单元以及第三方同步辐射X射线系统和第三方同步DIC非接触全场应变测量系统；所述高刚性主机机架子系统用于分别支撑和连接所述传动子系统和控制子系统；所述的传动子系统包括高精度可往复式直线运动机构和旋转运动机构；所述实时数据采集单元用于将采集的压力传感器4
‑
1和位移传感器4
‑
2数据发送给控制子系统；所述的控制子系统用于启动或停止所述传动子系统的高精度可往复式直线运动机构和旋转运动机构，并向第三方同步辐射X射线系统和第三方同步DIC非接触全场应变测量系统发送触发和停止信号；其特征在于：
[0009]该高精度可往复式直线运动机构用于对材料试样进行包括拉伸、压缩、卸载再加载、疲劳损伤的试验；该旋转运动机构用于按第三方同步辐射X射线系统的试验要求驱动所述高刚性主机架连同材料试样进行无级旋转、使得材料试样在有效的视场高度内被第三方同步辐射X射线系统无障碍穿透；
[0010]该控制子系统灵活设定和控制实现除了拉伸试验以外的包括压缩、卸载再加载、疲劳损伤试验的轨迹，以及灵活设定和控制实现旋转运动机构的旋转间隔时间。
[0011]进一步地，所述的高刚性主机机架子系统，从上至下依次由顶部拉杆1
‑
6、顶部拉杆1
‑
6周围的调心球头组件、顶部拉杆1
‑
6下端的可换拉杆1
‑
7、筒状的高精度石英玻璃承载组件1
‑
1、防转盘1
‑
2、轴承座1
‑
3、电机安装座1
‑
4、底座1
‑
5 组成；该石英玻璃承载组件1
‑
1上部与顶部拉杆1
‑
6和调心球头组件连接，底部和所述防转盘1
‑
2连接，所述防转盘1
‑
2用于所述高精度可往复式直线运动机构电机转动时，限定升降杆2
‑
4只能向上平移或向下平移，所述升降杆2
‑
4从防转盘1
‑
2中心穿过，且升降杆2
‑
4和防转盘1
‑
2接触面为平面，二者构成移动副。
[0012]进一步地，所述调心球头组件，包括调心球头1
‑
8、以及调心球头附属件，该调心球头附属件包括紧贴在调心球头1
‑
8上表面的球头压板1
‑8‑
1、紧贴在调心球头1
‑
8下表面的球头底板1
‑8‑
2、以及花键螺母一1
‑8‑
3和花键螺母二1
‑8‑
4；该顶部拉杆1
‑
6从所述调心球头1
‑
8中心穿过，顶部拉杆1
‑
6露出调心球头1
‑
8上下局部区域为外螺纹，通过所述花键螺母一1
‑8‑
3和花键螺母二1
‑8‑
4拧紧。
[0013]进一步地，所述顶部拉杆1
‑
6和调心球头1
‑
8形成一个整体，调心球头1
‑
8 可以在由球头底板1
‑8‑
2和球头压板1
‑8‑
1组成的球头窝内转动，使得下部的可换拉杆1
‑
7可以相对其竖直中心线偏斜一定角度，保证拉/压试样时不受额外的弯矩影响。
[0014]进一步地，所述防转盘1
‑
2，其上边缘均布6个压块1
‑2‑
1和6个限位块1
‑2‑
2，内部开4个减重孔1
‑2‑
4，锪孔1
‑2‑
3用于安装螺钉以便和底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可旋转的微小型原位材料试验系统，该系统包括高刚性主机机架子系统、传动子系统、控制子系统、实时数据采集单元以及第三方同步辐射X射线系统和第三方同步DIC非接触全场应变测量系统；所述高刚性主机机架子系统用于分别支撑和连接所述传动子系统和控制子系统；所述的传动子系统包括高精度可往复式直线运动机构和旋转运动机构；所述实时数据采集单元用于将采集的压力传感器(4
‑
1)和位移传感器(4
‑
2)数据发送给控制子系统；所述的控制子系统用于启动或停止所述传动子系统的高精度可往复式直线运动机构和旋转运动机构，并向第三方同步辐射X射线系统和第三方同步DIC非接触全场应变测量系统发送触发和停止信号；其特征在于：该高精度可往复式直线运动机构用于对材料试样进行包括拉伸、压缩、卸载再加载、疲劳损伤的试验；该旋转运动机构用于按第三方同步辐射X射线系统的试验要求驱动所述高刚性主机架连同材料试样进行无级旋转、使得材料试样在有效的视场高度内被第三方同步辐射X射线系统无障碍穿透；该控制子系统灵活设定和控制实现除了拉伸试验以外的包括压缩、卸载再加载、疲劳损伤试验的轨迹，以及灵活设定和控制实现旋转运动机构的旋转间隔时间。2.根据权利要求1所述一种可旋转的微小型原位材料试验系统，其特征在于：所述的高刚性主机机架子系统从上至下依次由顶部拉杆(1
‑
6)、顶部拉杆(1
‑
6)周围的调心球头组件、顶部拉杆(1
‑
6)下端的可换拉杆(1
‑
7)、筒状的高精度石英玻璃承载组件(1
‑
1)、防转盘(1
‑
2)、轴承座(1
‑
3)、电机安装座(1
‑
4)、底座(1
‑
5)组成；该石英玻璃承载组件(1
‑
1)上部与顶部拉杆(1
‑
6)和调心球头组件连接，底部和所述防转盘(1
‑
2)连接，所述防转盘(1
‑
2)用于所述高精度可往复式直线运动机构电机转动时，限定升降杆(2
‑
4)只能向上平移或向下平移，所述升降杆(2
‑
4)从防转盘(1
‑
2)中心穿过，且升降杆(2
‑
4)和防转盘(1
‑
2)接触面为平面，二者构成移动副。3.根据权利要求2所述一种可旋转的微小型原位材料试验系统，其特征在于：所述调心球头组件包括调心球头(1
‑
8)、以及调心球头附属件，该调心球头附属件包括紧贴在调心球头(1
‑
8)上表面的球头压板(1
‑8‑
1)、紧贴在调心球头(1
‑
8)下表面的球头底板(1
‑8‑
2)、以及花键螺母一(1
‑8‑
3)和花键螺母二(1
‑8‑
4)；该顶部拉杆(1
‑
6)从所述调心球头(1
‑
8)中心穿过，顶部拉杆(1
‑
6)露出调心球头(1
‑
8)上下局部区域为外螺纹，通过所述花键螺母一(1
‑8‑
3)和花键螺母二(1
‑8‑
4)拧紧。4.根据权利要求3所述一种可旋转的微小型原位材料试验系统，其特征在于：所述顶部拉杆(1
‑
6)和调心球头(1
‑
8)形成一个整体，调心球头(1
‑
8)可以在由球头底板(1
‑8‑
2)和球头压板(1
‑8‑
1)组成的球头窝内转动，使得下部的可换拉杆(1
‑
7)可以相对其竖直中心线偏斜一定角度，保证拉/压试样时不受额外的弯矩影响。5.根据权利要求3所述一种可旋转的微小型原位材料试验系统，其特征在于：所述防转盘(1
‑
2)上边缘均布6个压块(1
‑2‑
1)和6个限位块(1
‑2‑
2)，内部开4个减重孔(1
‑2‑
4)，锪孔(1
‑2‑
3)用于安装螺钉和底部的轴承座连接紧固，石英玻璃承...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正茂，申亮，李文皓，任晗，雷现奇，王江涛，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：