一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置制造方法及图纸

一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置，该实验装置包括实验运行采集系统，对实验运行采集系统进行控制的实验控制处理系统，对实验运行采集系统采集的数据进行记录的实验操作记录系统，对实验运行采集系统、实验控制处理系统以及实验操作记录系统进行整合、固定、防护的实验支撑防护系统；其测量方法为：通过伺服电机带动直线运动导轨来精确控制试样移动速度并同时读取位移与速度实时监测值，另一方面并利用拉压双向传感器直接测量力学数据来得出诸如杨氏模量等重要的力学参量；该装置实现了精确采集特殊材料力学性能数据过程的简易性、控制的方便性以及步骤的可重复性与结果的可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术一种测量材料力学性能的实验装置，具体涉及一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置。
技术介绍
在当今的材料科学领域研究当中，各种材料的力学性能参数的实验测定在分析研究其性质时起到了至关重要的作用。目前，随着材料研究领域的不断拓宽，除了传统意义上的金属丝线、多数普通有机或高分子丝线等硬质材料，一些多聚物(譬如生拉面面条)或者特殊金属材料(如具有超塑性性质的材料)的性质研究也已经进入了现今的研究视野之中。但是，众所周知，由于上述特殊材料所具有的特殊的比较难于解决的固有属性，使得相关的宏观力学性能测试技术尚不完善，因此在很大程度上对其宏观尺度下的材料性质的研究产生了不小阻碍。基于上述考虑，对上述材料的宏观力学性能测试的实验装置的研制开发便成为在此领域的研究过程中必不可少的一个环节。目前，在该领域中针对诸如软性材料与超塑性材料的宏观力学测试技术尚不成熟，传统意义上的力学性能测试装置不能同时满足以上两个方面的实验要求。关于材料力学性能测试装置，在已授权的专利中(吉林大学基于拉伸/压缩模式的扫描电镜下原位高频疲劳材料力学测试平台中国，201110305113. 9. [p] 2012-01-25)，可以基本实现在微纳尺度下对材料力学性能的拉伸与压缩双向原位实验测试，其具有结构紧凑、精度较高等特点，并可以实现实验过程对应变速率的控制，而其所存在的明显缺点是上不能实现在厘米尺度下的材料力学测试，而且夹具设计不能满足测试软性材料与超塑性材料力学性能的要求。在学术期刊已发表的文献当中，对于材料力学测试所设计的实验装置(材料力学性能检测虚拟实验的设计和开发，黄斌等，实验力学，2005:Vol. 20，No. 4，pp. 573-578)，其优点在于过程比较直观，操作简便容易上手。但是另一方面，其仍然存在夹具不适用于特殊材料、程序控制系统编程比较繁琐。实验数据采集不够智能化等明显弊病。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置，能够克服软性材料与超塑性材料在实验过程中所容易出现的诸如不易固定和拉伸下坠等实际问题，能够实现对上述材料力学性能的全面的精确的测定与分析。为达到上述目的，本技术所采用的技术方案是一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置，包括实验运行采集系统，对实验运行采集系统进行控制的实验控制处理系统，对实验运行采集系统采集的数据进行记录的实验操作记录系统，对实验运行采集系统、实验控制处理系统以及实验操作记录系统进行整合、固定、防护的实验支撑防护系统；所述实验支撑防护系统包括由多个方管焊接而成的支架101，所述支架101底部由多根平行放置的短方管101-1以及固定在多根平行放置的短方管101-1两端上部并和其垂直的多根平行长方管101-2构成，在底部一侧的长方管101-2内侧竖直固定有多根竖直短方管101-3,在多根竖直短方管101-3上部固定有横向长方管101-4,在横向长方管101-4和短方管101-1间斜向固定有斜向方管101-5或横向长方管101-4和短方管101-1间间隔斜向固定有斜向方管101-5,在竖直短方管101-3间固定有金属薄板,在斜向方管101-5间也固定有金属薄板；所述实验运行采集系统包括固定在支架101远离竖直短方管101-3 —端的长方管101-2上部的直线运动滚珠丝杠导轨201，固定在直线运动滚珠丝杠导轨201—端且长方管101-2上部的伺服电机202，始端支撑座213与尾端支撑座214分别固定在直线运动滚珠丝杠导轨201行程两端上方的螺孔中；固定端夹具支座204固定在始端支撑座213相匹配的螺孔中，移动端夹具支座205固定在尾端支撑座214相匹配的螺孔中；力学传感器支座206固定在直线运动滚珠丝杠导轨201滑块上的一对外侧的螺孔中；拉压双向力学传感器203一端插入力学传感器支座206的方槽内并固定、另一端插入固定端夹具支座204的方槽内并固定；特殊样品移动端固定夹具207插入移动端夹具支座205的长槽内并用螺钉固定；特殊样品固定端固定夹具208插入固定端夹具支座204的长槽内并用螺钉固定；特殊样品铺垫装置215两端分别由始端支撑座213和尾端支撑座214上方的螺孔与其上通孔相匹配固定；移动端标尺211固定在直线运动滚珠丝杠导轨201滑块上的一对内侧的螺孔中；固定端标尺212固定在特殊样品铺垫装置215始端外侧的一个通孔上用螺钉拧紧；所述实验控制处理系统包括SN75175芯片控制主电路301、伺服电机控制驱动302、USB数据采集卡303、力学传感器数字变送器304、12V直流开关电源305、RS-485接口306以及伺服电机转向控制部件307，上述各部件的电气连接方式为伺服电机202的编码电缆连接到伺服电机控制驱动302的CN2接口 ；伺服电机202的动力电缆根据其三股电线的标注分别连接到伺服电机控制驱动302的U、V、W接口 ；伺服电机控制驱动302上的U、L1C与L2、L2C接口分别连接至两个220V AC三角插头的火线端和零线端，该两个三角插头共接地；伺服电机控制驱动302的CNl接口上1、2号针共接地、5号针与伺服电机转向控制部件307的高精度单刀双掷开关的中间触点相连接；伺服电机控制驱动302的CNl接口上6号针一路与USB数据采集卡303的13号接口相连接，另一路连接上一个15V DC的五号电池之后再与伺服电机转向控制部件307的高精度单刀双掷开关的倒转触点相连接；伺服电机控制驱动302的CNl接口上的32号针与SN75175芯片控制主电路301的I号管脚相连接、33号针与SN75175芯片控制主电路301的2号管脚相连接；SN75175芯片控制主电路301的3号管脚与USB数据采集卡303的29号接口相连接、4、6号管脚线路合并后与USB数据采集卡303的31号接口相连接、8号管脚与USB数据采集卡303的32号接口相连接并接地；伺服电机控制驱动302的CN7接口与左上针所连接的黑线以及与左下针所连接的红线分别与USB数据采集卡303的1、2号接口相连接；USB数据采集卡303的5号接口与力学传感器数字变送器304蓝线对应的输出接口相连接；USB数据采集卡303的14号接口与伺服电机转向控制部件307的高精度单刀双掷开关的正转触点相连接；USB数据采集卡303的USB 2. O接口与装有实验操作记录系统软件的电子计算机相连接；力学传感器数字变送器304红线对应的正端接口与12V直流开关电源305的电压输出正端V+接口相连接；力学传感器数字变送器304黑线对应的正端接口与12V直流开关电源305的电压输出负端COM接口以及USB数据采集卡303的6号接口同时相连接并接地；力学传感器数字变送器304黄线对应的RSA接口与RS-485接口 306的上端第一个接线柱相连接；力学传感器数字变送器304白线对应的RSB接口与RS-485接口 306的上端第二个接线柱相连接；力学传感器数字变送器304的五脚插口与拉压双向力学传感器203的信号传输线相连接；RS-485接口 306的USB 2. O接口与装有实验操作记录系统软件的电子计算机相连接；12V直流开关电源305的N、L、地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置,其特征在于：包括实验运行采集系统，对实验运行采集系统进行控制的实验控制处理系统，对实验运行采集系统采集的数据进行记录的实验操作记录系统，对实验运行采集系统、实验控制处理系统以及实验操作记录系统进行整合、固定、防护的实验支撑防护系统；所述实验支撑防护系统包括由多根方管焊接而成的支架（101），所述支架（101）底部由多根平行放置的短方管（101?1）以及固定在多根平行放置的短方管（101?1）两端上部并和其垂直的多根平行长方管（101?2）构成，在底部一侧的长方管（101?2）内侧竖直固定有多根竖直短方管（101?3），在多根竖直短方管（101?3）上部固定有横向长方管（101?4），在横向长方管（101?4）和短方管（101?1）间斜向固定有斜向方管（101?5）或横向长方管（101?4）和短方管（101?1）间间隔斜向固定有斜向方管（101?5），在竖直短方管（101?3）间固定有金属薄板，在斜向方管（101?5）间也固定有金属薄板；所述实验运行采集系统包括固定在支架（101）远离竖直短方管（101?3）一端的长方管（101?2）上部的直线运动滚珠丝杠导轨（201），固定在直线运动滚珠丝杠导轨（201）一端且长方管（101?2）上部的伺服电机（202），始端支撑座（213）与尾端支撑座（214）分别固定在直线运动滚珠丝杠导轨（201）行程两端上方的螺孔中；固定端夹具支座（204）固定在始端支撑座（213）相匹配的螺孔中，移动端夹具支座（205）固定在尾端支撑座（214）相匹配的螺孔中；力学传感器支座（206）固定在直线运动滚珠丝杠导轨（201）滑块上的一对外侧的螺孔中；拉压双向力学传感器（203）一端插入力学传感器支座（206）的方槽内并固定，另一端插入固定端夹具支座（204）的方槽内并固定；特殊样?品移动端固定夹具（207）插入移动端夹具支座（205）的长槽内并用螺钉固定；特殊样品固定端固定夹具（208）插入固定端夹具支座（204）的长槽内并用螺钉固定；特殊样品铺垫装置（215）两端分别由始端支撑座（213）和尾端支撑座（214）上方的螺孔与其上通孔相匹配固定；移动端标尺（211）固定在直线运动滚珠丝杠导轨（201）滑块上的一对内侧的螺孔中；固定端标尺（212）固定在特殊样品铺垫装置（215）始端外侧的一个通孔上用螺钉拧紧；所述实验控制处理系统包括SN75175芯片控制主电路（301）、伺服电机控制驱动（302）、USB数据采集卡（303）、力学传感器数字变送器（304）、12V直流开关电源（305）、RS?485接口（306）以及伺服电机转向控制部件（307），上述各部件的电气连接方式为：伺服电机（202）的编码电缆连接到伺服电机控制驱动（302）的CN2接口；伺服电机（202）的动力电缆根据其三股电线的标注分别连接到伺服电机控制驱动（302）的U、V、W接口；伺服电机控制驱动（302）上的L1、L1C与L2、L2C接口分别连接至两个220V?AC三角插头的火线端和零线端，该两个三角插头共接地；伺服电机控制驱动（302）的CN1接口上1、2号针共接地、5号针与伺服电机转向控制部件（307）的高精度单刀双掷开关的中间触点相连接；伺服电机控制驱动（302）的CN1接口上6号针一路与USB数据采集卡（303）的13号接口相连接，另一路连接上一个15V?DC的五号电池之后再与伺服电机转向控制部件（307）的高精度单刀双掷开关的倒转触点相连接；伺服电机控制驱动（302）的CN1接口上的32号针与SN75175芯片控制主电路（301）的1号管脚相连接，33号针与SN75175芯片控制主电路（301）的2号管脚相连接；SN75175芯片控制主电路（301）的3号管脚与USB数据采集卡（303）的29号接口相连接，4、6号管脚线路合并后与USB数据采集卡（303）的31号接口相连接，8号管脚与USB数据采集卡（303）的32号接口相连接并接地；伺?服电机控制驱动（302）的CN7接口与左上针所连接的黑线以及与左下针所连接的红线分别与USB数据采集卡（303）的1、2号接口相连接；USB数据采集卡（303）的5号接口与力学传感器数字变送器（304）蓝线对应的输出接口相连接；USB数据采集卡（303）的14号接口与伺服电机转向控制部件（307）的高精度单刀双掷开关的正转触点相连接；USB数据采集卡（303）的USB?2.0接口与装有实验操作记录系统软件的电子计算机相连接；力学传感器数字变送器（304）...

【技术特征摘要】
1.一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置，其特征在于包括实验运行采集系统，对实验运行采集系统进行控制的实验控制处理系统，对实验运行采集系统采集的数据进行记录的实验操作记录系统，对实验运行采集系统、实验控制处理系统以及实验操作记录系统进行整合、固定、防护的实验支撑防护系统； 所述实验支撑防护系统包括由多根方管焊接而成的支架(101)，所述支架(101)底部由多根平行放置的短方管(101-1)以及固定在多根平行放置的短方管(101-1)两端上部并和其垂直的多根平行长方管(101-2)构成，在底部一侧的长方管(101-2)内侧竖直固定有多根竖直短方管(101-3),在多根竖直短方管(101-3)上部固定有横向长方管(101-4),在横向长方管(101-4)和短方管(101-1)间斜向固定有斜向方管(101-5)或横向长方管(101-4)和短方管(101-1)间间隔斜向固定有斜向方管(101-5)，在竖直短方管(101-3)间固定有金属薄板，在斜向方管(101-5)间也固定有金属薄板； 所述实验运行采集系统包括固定在支架(101)远离竖直短方管(101-3) 一端的长方管(101-2)上部的直线运动滚珠丝杠导轨(201)，固定在直线运动滚珠丝杠导轨(201) —端且长方管(101-2)上部的伺服电机(202)，始端支撑座(213)与尾端支撑座(214)分别固定在直线运动滚珠丝杠导轨(201)行程两端上方的螺孔中；固定端夹具支座(204)固定在始端支撑座(213)相匹配的螺孔中，移动端夹具支座(205)固定在尾端支撑座(214)相匹配的螺孔中；力学传感器支座(206)固定在直线运动滚珠丝杠导轨(201)滑块上的一对外侧的螺孔中；拉压双向力学传感器(203) —端插入力学传感器支座(206)的方槽内并固定,另一端插入固定端夹具支座(204)的方槽内并固定；特殊样品移动端固定夹具(207)插入移动端夹具支座(205)的长槽内并用螺钉固定；特殊样品固定端固定夹具(208)插入固定端夹具支座(204)的长槽内并用螺钉固定；特殊样品铺垫装置(215)两端分别由始端支撑座(213)和尾端支撑座(214)上方的螺孔与其上通孔相匹配固定；移动端标尺(211)固定在直线运动滚珠丝杠导轨(201)滑块上的一对内侧的螺孔中；固定端标尺(212)固定在特殊样品铺垫装置(215)始端外侧的一个通孔上用螺钉拧紧； 所述实验控制处理系统包括SN75175芯片控制主电路(301)、伺服电机控制驱动(302)、USB数据采集卡(303)、力学传感器数字变送器(304)、12V直流开关电源(305)、RS-485接口(306)以及伺服电机转向控制部件(307)，上述各部件的电气连接方式为伺服电机(202)的编码电缆连接到伺服电机控制驱动(302)的CN2接口 ；伺服电机(202)的动力电缆根据其三股电线的标注分别连接到伺服电机控制驱动(302)的U、V、W接口 ；伺服电机控制驱动(302)上的LpL1C与L2、L2C接口分别连接至两个220V AC三角插头的火线端和零线端，该两个三角插头共接地；伺服电机控制驱动(302 )的CNl接口上1、2号针共接地、5号针与伺服电机转向控制部件(307)的高精度单刀双掷开关的中间触点相连接；伺服电机控制驱动(302)的CNl接口上6号针一路与USB数据采集卡(303)的13号接口相连接，另一路连接上一个15V DC的五号电池之后再与伺服电机转向控制部件(307)的高精度单刀双掷开关的倒转触点相连接；伺服电机控制驱动(302)的CNl接口上的32号针与SN75175芯片控制主电路(301)的I号管脚相连接，33号针与SN75175芯片控制主电路(301)的2号管脚相连接；SN75175芯片控制主电路(301)的3号管脚与USB数据采集卡(303)的29号接口相连接，4、6号管脚线路合并后与USB数据采集卡(303)的31号接口相连接，8号管脚与USB数据采集卡(303)的32号接口相连接并接地；伺服电机控制驱动(302)的CN7接口与左上针所连接的黑线以及与左下针所连接的红线分别与USB数据采集卡(303)的1、2号接口相连接；USB数据采集卡(303)的5号接口与力学传感器数字变送器(304)蓝线对应的输出接口相连接；USB数据采集卡(303)的14号接口与伺服电机转向控制部件(307)的高精度单刀双掷开关的正转触点相连接；USB数据采集卡(303)的USB 2.0接口与装有实验操作记录系统软件的电子计算机相连接；力学传感器数字变送器(304)红线对应的正端接口与12V直流开关电源(305)的电压输出正端V+接口相连接；力学传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳源，单智伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：实用新型
国别省市：