本实用新型专利技术涉及一种液压式复合载荷加载模式材料力学性能测试装置，属于机械领域。由液压驱动及控制单元、试件夹持单元、信号检测单元及支撑单元组成，可实现单轴拉伸测试、纯剪切测试、及任意角度的拉伸/剪切复合载荷测试模式，结合伺服驱动控制单元的精密流量控制，可以实现超低速的转静态加载方式，本实用新型专利技术为研究材料在不同角度的拉应力及切应力的组合形式下的力学性能提供了研究手段。同时，测试装置与光学显微成像组件具有良好的结构兼容性，亦可结合成像系统对材料的变形损伤直至失效破坏的过程的在线观测，对材料的微观力学行为进行深入研究。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及机械领域，特别涉及一种液压式复合载荷加载模式材料力学性能测试装置。其可在单轴拉伸测试、纯剪切测试及任意角度的拉伸/剪切复合载荷模式下对特征尺寸厘米级以上的三维宏观试件的力学性能进行测试，结合精密位移传感器、力传感器的模拟量反馈及液压驱动单元的精密流量控制，可在超低速准静态加载方式下结合光学显微成像系统的在线观测，对材料的变形损伤机制进行深入研究。
技术介绍
在实际工况下，材料及其构件所受的应力状态往往不是单一载荷作用，而是多种载荷共同作用的复合载荷模式。因此，对材料受复合载荷作用下的力学性能的测试能够更为准确、客观的反应材料及其制品的真实力学行为。在众多的力学测试手段中，拉伸测试，剪切测试、扭转法、弯曲测试、压入测试及疲劳测试是较为重要的测试手段，其中以原位拉伸测试方法能够最直观的测量材料弹性模量、屈服极限和断裂强度等重要力学参数，同时剪切测试亦可获得材料切变模量、剪切强度等相关力学参数。在传统测试方法中，单轴拉伸测试及剪切测试大都采用商业化拉伸试验机和剪切试验机的离位测试，即测试的主要目的通过得到的应力应变曲线得到上述力学参数并通过断口界面分析材料的断裂机制，并未结合显微成像组件的实时观测。原位力学测试是指在微纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试过程中，通过显微镜等仪器对载荷作用下材料发生的微观变形损伤进行全程动态监测的一种力学测试技术。通过复合载荷作用下的原位力学测试方法，可深入揭示各类材料及其制品的微观力学行为、损伤机理及其与载荷作用和材料性能间的相关性规律。液压驱动手段作为工程应用中较为常见、有效的驱动方式，相对于气压传动及机械传动方式具有明显的优点，在同等的体积下，液压装置能产生出更大的驱动力；在同等功率下，液压装置体积较小，功率密度大，结构紧凑，传动环节较少；液压装置传动平稳，由于其重量轻、惯性小，因此响应速度较快，易于实现快速启动、制动和频繁换向；液压装置易于实现过载保护，液压缸和液压马达都能长期在堵转状态下工作而不发生过热；液压传动易于实现自动化，对液压油压力、流量或流动方向均易于调控；液压系统设计、制造和使用维护方便，液压元件属于机械工业基础件，已实现了标准化、系列化和通用化；利用液压传动方式实现直线运动远比利用机械传动容易实现；液压装置能在较大范围内实现无级调速，亦可在运动过程中进行调速。在已有研究中，针对材料受复合载荷作用的原位力学测试，均集中于针对纳米管、纳米线等极微小构件，由于尺寸效应的影响，在微观尺度下，材料的力学性能等均已发生显著变化，因为用微小构件的力学性能去表征特征尺寸厘米级的三维宏观试件缺乏可信性。针对三维宏观材料所进行的力学测试更符合实际工况下的应用要求。综上所述，利用液压驱动方式实现的拉伸-剪切复合载荷测试方式能符合材料实际的工作情况要求，在实现获取应力应变曲线及弹性模量、切变模量等重要力学参数的基础上，如能实现与显微镜等成像仪器的兼容，就可在微观尺度下研究载荷作用下宏观材料的上述性能。因此，设计一种加载能力大、结构紧凑，测试内容丰富，能够利用显微镜等成像系统在线监测，且针对三维宏观试件进行拉伸-剪切复合载荷模式下的材料力学性能测试装置已十分必要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种液压式复合载荷加载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。本技术具有超低速准静态的加载能力，且通过夹持单元的角度变换，可提供单轴拉伸、纯剪切及任意锐角的拉伸-剪切复合载荷测试，并获得应力应变曲线及弹性模量、切变模量及屈服极限等重要力学参数，基于其较大加载能力和无级变速等应变速率调节功能，可开展丰富的材料测试内容。同时，亦可集合光学成像系统的在线观测，开展对三维宏观材料的力学行为的研究。本技术具有加载能力大，结构紧凑，测试内容丰富、测试精度高等特点，可通过原位复合载荷测试，对材料的微观变形、损 伤和断裂过程进行原位监测，揭示材料在微纳米尺度下下的微观力学行为。本技术的上述目的通过以下技术方案实现液压式复合载荷加载模式材料力学性能测试装置，包括液压驱动及控制单元、试件夹持单元、信号检测单元及支撑单元；所述液压驱动及控制单元包括两组液压缸I、II 1、17、油箱35、滤油器36、液压泵37、溢流阀38、节流阀39及电液伺服阀40，其中进油管2与出油管3分别通过油管接头4与液压缸I、II 1、17及电液伺服阀40的输出端连接，两组液压缸I、II 1、17的活塞杆24分别通过活塞杆连接螺钉6与活动支架I、II 5、21刚性连接，储存于油箱35中的液压油由液压泵37泵出，经滤油器36送至电液伺服阀40的输入端，溢流阀38及节流阀39分别置于在此液压回路中，分别起到主回路的定压溢流、安全保护和主回路流量初步控制的作用；同时，通过电液伺服阀40的精密流量控制，使液压缸I、II 1、17轴端的活塞杆6输出不同速率的单轴运动；所述的试件夹持单元包括夹具体连接架I、II 16、19、试件18、夹具体25、夹具体支撑架I、11 15、23及支撑架紧固螺母22，其中具有燕尾形凹槽结构的夹具体25夹持试件18，并通过夹具体连接螺钉26分别与夹具体连接架I、II 16、19刚性连接，夹具体支撑架I、II 15,23分别与力传感器9及支撑架连接螺栓20通过螺纹方式连接，并通过连接销钉27与带有圆弧形沟槽的夹具体连接架I、II 16、19连接；所述的信号检测单元包括力传感器9及两组位移传感器I、11 13、14，其中力传感器9通过其两端的外螺纹分别与活动支架I 5及夹具体支撑架I 15紧固连接，其安装位置与试件18同轴、共面；所述位移传感器I、II 13,14的基体部分套接于活动支架I 5的圆孔中，并通过位移传感器紧固螺钉29进行固定，位移传感器3的前端弹性探头与活动支架II 21弹性接触，力传感器9的受力方向及位移传感器I、11 13、14弹性探头的伸缩方向均与活动支架I、11 5、21的运动方向一致，同时，两组位移传感器I、11 13、14与拉压力传感器9可分别为电液伺服阀40的精密流量反馈控制提供模拟量反馈信号；所述的支撑单元包括基座12、光杠I、11 8、11、直线轴承10、光杠压板7，其中所述光杠I、II 8、11分别套接于直线轴承10的内圈中，并安装于基座12的半圆形凹槽内，通过光杠压板7上的光杠紧固螺钉28进行压紧；同时，直线轴承10的外圈过盈安装于活动支架I、II 5、21 中。所述的夹具体连接架I、11 16、19固定夹具体25，且具有四分之一圆弧形沟槽结构，通过调整其安装位置，实现试件18的几何轴线与拉伸轴线从0°到90°范围内的任意调整。展开来说，当试件18的几何轴线与拉伸轴线同轴时，被测试件18受纯拉伸载荷作用；当试件18的几何轴线与拉伸轴线垂直时，被测试件18受纯剪切载荷作用；当试件18的几何轴线与拉伸轴线成任意锐角时，被测试件18受拉伸-剪切复合载荷作用，通过相应的角度，亦可通过力的合成分解解析出复合载荷模式下纯拉伸及纯剪切载荷作用的分量值。所述的位移传感器I、II 13,14与试件18同轴等距安装，利用其采集模拟信 号的算术平均值来表征两组活动支架I、II 5、21间的位移量。所述的液压缸I、11 1、17分别与同一组进油管2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液压式复合载荷加载模式材料力学性能测试装置，其特征在于：包括液压驱动及控制单元、试件夹持单元、信号检测单元及支撑单元；所述液压驱动及控制单元包括两组液压缸Ⅰ、Ⅱ（1、17？）、油箱（35）、滤油器（36）、液压泵（37）、溢流阀（38）、节流阀（39）及电液伺服阀（40），其中进油管（2）与出油管（3）分别通过油管接头（4）与液压缸Ⅰ、Ⅱ（1、17？）及电液伺服阀（40）的输出端连接，两组液压缸Ⅰ、Ⅱ（1、17？）的活塞杆（24）分别通过活塞杆连接螺钉（6）与活动支架Ⅰ、Ⅱ（5、21）刚性连接，储存于油箱（35）中的液压油由液压泵（37）泵出，经滤油器（36）送至电液伺服阀（40）的输入端，溢流阀（38）及节流阀（39）分别置于在此液压回路中，分别起到主回路的定压溢流、安全保护和主回路流量初步控制的作用；同时，通过电液伺服阀（40）的精密流量控制，使液压缸Ⅰ、Ⅱ（1、17？）轴端的活塞杆（6）输出不同速率的单轴运动；所述试件夹持单元包括夹具体连接架Ⅰ、Ⅱ（16、19）、试件（18）、夹具体（25）、夹具体支撑架Ⅰ、Ⅱ（15、23）及支撑架紧固螺母（22），其中具有燕尾形凹槽结构的夹具体（25）夹持试件（18），并通过夹具体连接螺钉（26）分别与夹具体连接架Ⅰ、Ⅱ（16、19）刚性连接，夹具体支撑架Ⅰ、Ⅱ（15、23）分别与力传感器（9）及支撑架连接螺栓（20）通过螺纹方式连接，并通过连接销钉（27）与带有圆弧形沟槽的夹具体连接架Ⅰ、Ⅱ（16、19）连接；所述信号检测单元包括力传感器（9）及两组位移传感器Ⅰ、Ⅱ（13、14），其中力传感器（9）通过其两端的外螺纹分别与活动支架Ⅰ（5）及夹具体支撑架Ⅰ（15）紧固连接，其安装位置与试件（18）同轴、共面；所述位移传感器Ⅰ、Ⅱ（13、14）的基体部分套接于活动支架Ⅰ（5）的圆孔中，并通过位移传感器紧固螺钉（29）进行固定，位移传感器（3）的前端弹性探头与活动支架Ⅱ（21）弹性接触，力传感器（9）的受力方向及位移传感器Ⅰ、Ⅱ（13、14）弹性探头的伸缩方向均与活动支架Ⅰ、Ⅱ（5、21）的运动方向一致，同时，两组位移传感器Ⅰ、Ⅱ（13、14）与拉压力传感器（9）可分别为电液伺服阀（40）的精密流量反馈控制提供模拟量反馈信号；所述支撑单元包括基座（12）、光杠Ⅰ、Ⅱ（8、11）、直线轴承（10）、光杠压板（7），其中所述光杠Ⅰ、Ⅱ（8、11）分别套接于直线轴承（10）的内圈中，并安装于基座（12）的半圆形凹槽内，通过光杠压板（7）上的光杠紧固螺钉（28）进行压紧；同时，直线轴承（10）的外圈过盈安装于活动支架Ⅰ、Ⅱ（5、21）中。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，马志超，范尊强，李秦超，王开厅，胡晓利，黄虎，万顺光，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。