本发明专利技术涉及一种显微镜下拉压弯复合载荷模式材料力学性能测试装置，属于机电类。测试平台由精密拉伸/压缩载荷驱动单元、精密弯曲载荷驱动单元、夹持单元、检测单元等组成。测试平台可进行纯拉伸/压缩测试、纯三点弯曲测试及拉伸/压缩-弯曲复合载荷测试。优点在于：结构小巧，结构紧凑，且可在光学显微镜的实时观测下开展上述测试。复合载荷的加载模式，符合材料及构件在实际工况下的应力状态，亦可结合光学显微成像系统对材料在复合载荷作用下的微观力学行为和变性损伤机制进行深入研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属机电类，特别涉及一种显微镜下拉压弯复合载荷模式材料力学性能测试装置。可作为独立拉伸/压缩模式或三点弯曲模式材料性能测试装置独立使用，亦可实现在给定拉伸/压缩应力水平下的三点弯曲测试或给定弯曲应力状态下的拉伸/压缩测试，即复合载荷测试模式。此外，结合光学显微成像的高分辨率在线监测，可对材料的微观力学行为和变性损伤过程进行实时观察。同时，通过对驱动单元的闭环控制及载荷/位移信号的采集，亦可拟合材料在复合载荷作用下的应力应变历程，为复合载荷模式下材料的力学性能测试提供了方法。
技术介绍
在实际工况下，材料及其制品往往受到非单一载荷形式的作用，如拉弯组合、压剪组合及拉扭组合等，单一载荷形式的力学测试难以准确刻划实际工况下材料及构件的受载形式，即无法对复合载荷作用下材料的力学性能做出准确评价。如材料在拉应力作用下往往使其发生临界断裂破坏的弯曲应力远小于其抗弯强度，在弯曲应力作用下其发生临界断裂破坏的拉应力远小于其抗拉强度。现有研究中，复合载荷模式的加载主要是通过将被测试件通过与拉伸/压缩轴线互成角度的不规则装夹来实现的，即驱动源输出的加载力主要是是拉伸/压缩的轴向力，通过不同轴或不等高的拉伸/压缩模式使材料内部出现拉弯组合或压剪组合等复合载荷测试形式。上述测试方法难以实现对不同单一载荷模式的解析， 同时，两种或多种载荷模式无法独立加载或依次加载，无法就材料及其制品在复合载荷作用下的力学性能及变性损伤机制做出准确评价。拉伸/压缩及三点弯曲力学测试作为最能直观反映材料力学性能的有效评价手段，可直接获取如弹性模量、屈服强度、抗弯/拉强度等重要力学参数，基于这两种单一载荷形式的复合载荷测试模式亦为实际工况中较为普遍，且导致材料及其制品失效破坏的主要原因。微观尺度下对试件材料进行力学性能测试过程中，通过显微镜等成像仪器可对载荷作用下材料发生的微观变形、损伤直至失效破坏的过程进行全程动态监测。通过这种力学测试手段，可以揭示出外界载荷作用下材料变形损伤的规律，就特征尺寸厘米级以上的宏观试件所开展的有关测试因可避免因为微构件的尺寸效应等问题带来的困扰，将更有利于研究材料及其制品服役状态下的真实微观力学行为与变形损伤机制。与此同时，在已有的可用于原位观测的复合载荷测试装置及研究的报道中，主要是针对低维材料等微尺度构件的测试，如果碳纳米管、线或带有预制缺口的薄膜材料等，前者需要借助扫描电镜等成像系统及聚焦离子束等复杂方法完成微器件的夹持，且多基于微机电系统(MEMS)等复杂工艺实现，后者大都需要借助基板材料来实现试样的合成和生长， 且往往需要腐蚀和沉积等复杂工艺方法，且因用于附着薄膜材料的基板往往为硬脆性材料，夹持较为困难，因此对此种材料的力学测试多见于单轴压缩测试，测试方法较为单一。 针对特征尺寸厘米级以上三维试件的复合载荷测试，未涉及借助成像仪器的原位观测，无法较为深入的开展复合载荷与材料的微观力学行为及变性损伤过程的结合性研究。3因此，设计一种可用与显微镜下纯拉伸/压缩、纯三点弯曲测试及拉伸/压缩-弯曲复合载荷模式材料力学性能测试平台以十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种显微镜下拉压弯复合载荷模式材料力学性能测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。可集成纯拉伸/压缩测试、纯三点弯曲测试及基于上述两种单一载荷形式的复合载荷测试。测试平台由精密拉伸/压缩载荷驱动单元、精密弯曲载荷驱动单元、夹持单元、检测单元等组成。测试平台结构小巧，结构紧凑，且可在光学显微镜的实时显微观测下开展上述测试。复合载荷的加载模式，符合材料及构件在实际工况下的应力水平，本专利技术针对特征尺寸厘米级以上三维试件所研制，拉伸/压缩及三点弯曲载荷可独立加载或依次加载，结合光学显微成像系统对对材料的裂纹萌生、扩展和材料失效断裂过程进行原位监测，进而对材料在复合载荷作用下的微观力学行为和变形损伤机制进行深入研究。可作为独立拉伸/压缩模式或三点弯曲模式材料性能测试装置独立使用， 亦可实现在给定拉伸/压缩应力水平下的三点弯曲测试或给定弯曲应力状态下的拉伸/压缩测试，即复合载荷测试模式。此外，结合光学显微成像的高分辨率在线监测，可对材料的微观力学行为和变性损伤过程进行实时观察。同时，通过对驱动单元的闭环控制及载荷/ 位移信号的采集，亦可拟合材料在复合载荷作用下的应力应变历程，为复合载荷模式下材料的力学性能测试提供了方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现显微镜下拉压弯复合载荷模式材料力学性能测试装置，包括精密拉伸/压缩载荷驱动单元、精密弯曲载荷驱动单元、夹持单元及检测单元，所述精密拉伸/压缩载荷驱动单元是直流伺服电机2与由减速器4、同步带5、同步带轮6及精密滚珠丝杠四构成的传动单元相连接，直流伺服电机2以脉冲/换向方式输出精密角位移及可控扭矩，通过与直流伺服电机2相连接的减速器4、同步带5及同步带轮6及精密滚珠丝杠四等组成的传动单元将直流伺服电机2提供的旋转运动转换成直线运动，直流伺服电机2与精密滚丝杠四分别通过直流伺服电机法兰架3及滚珠丝杠支承座8与测试平台基座11相连接；所述精密弯曲载荷驱动单元是直线电机15固定在X向精密移动平台13上，提供X方向精密直线位移，所述X向精密移动平台13的下层与测试平台基座11刚性连接；所述夹持单元由夹具体支撑架10、夹具体压板12及夹具19构成，其中夹具体支撑架 10分别与滚珠丝杠方螺母I、II 9、22刚性连接；夹具19与被测试件18的接触面设有滚花状结构，通过夹具体压板12的预紧来提供稳定的夹持力；所述检测单元由拉压力传感器20、压力传感器16及直流伺服电机编码器1组成，分别用以检测复合载荷测试中被测试件19所受的拉伸/压缩载荷、三点弯曲载荷及拉伸压缩变形量；同时，拉压力传感器20及直流伺服电机编码器1可分别通过载荷模拟信号及编码器标定变形数字信号为直流伺服电机2提供精密脉冲/方向闭环控制模式的反馈源；所述拉压力传感器(20)通过拉压力传感器基座(21)与滚珠丝杠方螺母II (22)固定连接；所述压力传感器(16)的一端与压力传感器基座(23)连接，另一端与三点弯头(17)连接，所述直流伺服电机编码器(1)与直流伺服电机(2)的转子同轴连接；所述的精密拉伸/压缩载荷驱动单元由同步带传动实现运动及动力传递，其中同步带轮6通过键25分别与减速器4及精密滚珠丝杠四连接。所述的精密弯曲载荷驱动单元整体安装于具有单自由度的手动精密驱动平台上， 三点弯曲测试的驱动动力源是由直线电机15提供的，用于三点弯曲测试的压力传感器16 与三点弯头17刚性连接，X向精密移动平台13用于对三点弯曲的初始接触进行手动粗调， 直线电机15用于三点弯曲测试的初始接触精调及提供弯曲载荷动力源。所述的用于夹持被测试件的夹具19与被测试件18的接触面设有致密的滚花状结构；夹具体压板12通过螺栓连接方式与夹具体支撑架11连接，并与夹具19以面接触方式刚性接触；夹具体支撑架11与滚珠丝杠方螺母II 22刚性连接。所述的三点弯头17及滚珠丝杠螺母副I、II 9、22的运动时序可控，且可分别独立驱动；即测试平台可分别实现纯拉伸/压缩测试、纯三点弯曲测试及拉伸/压缩-弯曲复合载荷测试。所述的精密双向滚珠丝杠四设有两段旋向相异的小导程滚道，即可确本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，马志超，李秦超，王开厅，胡晓利，黄虎，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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