拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台制造技术

本实用新型专利技术涉及一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，属于机电领域。包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置龙门架一侧。本实用新型专利技术可作为独立拉伸/压缩模式或独立弯曲模式或独立扭转模式材料力学性能测试装置，即单一载荷测试模式；也可作为在给定拉伸/压缩应力水平下的扭转载荷的材料力学性能测试或给定拉伸/压缩应力水平下的弯曲载荷的材料力学性能测试，即复合载荷测试模式。通过控制检测模块对载荷/位移信号的采集，可检测材料在复合载荷作用下的应力应变过程。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Test platform for micro mechanical properties of materials under tension bending torsion multi loading

The utility model relates to a micro mechanical performance testing platform for materials under tension, torsion and torsion, belonging to the mechanical and electrical field. Including tension and compression bending torsion module, module, control module, detection module, specimen clamping module, test platform to pull the pressure module as the basic function module, module layout module in the end torsion tension, specimen clamping module module arranged in tension and compression, bending independent module layout for Longmen side frame. The utility model can be used as independent tension / compression mode or independent bending mode or independent torsion mode of material mechanics performance testing device, namely single load test mode; can also be used in a given tensile / compressive stress level under torsion load should be the material mechanical test or tension / compression should be given the material mechanical test bending stress level under the complex load test mode. The load and displacement signals collected by the control module can detect the stress and strain of the composite under the action of composite load.

【技术实现步骤摘要】
拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台
本技术涉及机电领域，特别涉及一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台。本技术可作为独立拉伸/压缩模式或独立弯曲模式或独立扭转模式材料力学性能测试装置，即单一载荷测试模式；也可作为在给定拉伸/压缩应力水平下的扭转载荷的材料力学性能测试或给定拉伸/压缩应力水平下的弯曲载荷的材料力学性能测试，即复合载荷测试模式。通过控制检测模块对载荷/位移信号的采集，可检测材料在复合载荷作用下的应力应变过程。两种复合载荷的施加方式为材料的力学性质的研究提供了新的方法。
技术介绍
传统的材料力学性能测试方法为拉伸法、压缩法、扭转法、弯曲法等，都是属于单一载荷模式下测量材料的各种力学性能参数。测量的各种参数都是单一载荷下的结果，而与实际应用过程中零件所承受的复杂载荷不一致，进而使得结果不具有普遍说服力。而随着现代科技的不断发展，对机械结构的性能要求越来越高，机械结构在实际工况中受到复合载荷作用的综合力学性能受到广泛的关注，其载荷的施加方式和测量方法也不断变化发展。拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台是指试件在两种或两种以上载荷下，通过外接控制检测仪器对载荷作用下的材料发生的变形、损伤直至失效破坏的过程进行动态监测的一种力学测试技术。在力学性能测试中，抗拉/弯强度、弹性模量、切变模量、屈服极限抗扭强度等参数集中反映了材料的综合性能。复合载荷测试可以揭示材料在实际外界载荷作用下的变形损伤规律，与单一载荷测试相比，可以发现新的现象及规律，更有利于研究材料的力学行为。目前，拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台在国内很少见，研究观测手段尚不成熟，具体表现在:1、复合载荷施加过程中的同步性难以保证，且需要各种载荷之间的相互匹配。2、测试过程中的控制检测仪器如各种类型传感器、编码器、驱动器等会受到其余载荷的影响，测量精度难以保证。3、装置中动力元件及传动元件的布局会影响整体的尺寸结构，也关系到测量试件的尺寸形状。4、装夹试件的夹具需要考虑拉扭复合载荷的作用，同时要承受弯曲载荷，夹具设计难度较大。综上所述，设计一个结构巧妙，测试精度高的复合载荷条件下的材料力学性能测试装置来检测材料综合作用下的力学性能十分必要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，解决了现有技术存在的上述问题。本技术可集成拉伸/压缩测试、弯曲测试、扭转测试及基于上述两种单一载荷形式的复合载荷测试。测试装置由拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块组成。该测试装置结构巧妙，可在复合载荷模式下测试材料的各种综合力学性能。可实现拉压弯扭复合载荷模式下材料及其制品的力学性能测试，拉/压弯复合载荷测试，拉/压扭复合载荷测试，也可实现拉压弯扭单一载荷下力学性能测试。本技术的上述目的通过以下技术方案实现:拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，其功能可与拉压模块功能相互独立或关联，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置在测试平台上龙门架2 —侧，功能与拉压模块相互独立，控制检测模块分布在各个功能模块上；所述拉压模块是:直流电机4带动蜗杆I 8转动，蜗杆I 8带动蜗轮I 7转动，蜗杆II 10带动蜗轮II 12转动，输出动力使双向滚珠丝杠11转动，布置在直线滚动导轨I 22上的两端支撑座相离或相向运动，实现对试件的拉伸或压缩；光电编码器3控制直流电机4的转速大小和方向，支撑蜗杆轴II 33的圆锥滚子轴承I 9承受蜗杆所受轴向力，双向滚珠丝杠11使试件进行双向拉压，保证试件所受载荷均匀对称；所述弯曲模块是:步进电机II 23通过电机法兰III 24、挠性联轴器I 25与滚珠丝杠27连接，丝杠螺母I 28带动安装在导轨II 34上的支撑座IV 35上下移动，压头31下移实现对试件的弯曲载荷，步进电机驱动器控制步进电机II 23转速的大小和方向；所述扭转模块是:步进电机I 17带动齿轮II 19转动，齿轮I 18与齿轮II 19啮合，齿轮I 18安装在轴43上，挠性联轴器III 42连接轴43和扭矩传感器47，挠性联轴器II 40连接扭矩传感器47和夹具固定轴I 50，扭矩传感器47固定在传感器固定座41上，夹具固定轴I 50通过法兰轴承1、II 58,59安装在支撑座VI 48上，夹具下压板I 51与夹具固定轴I 50通过螺栓连接在一起；所述控制检测模块包括拉压力传感器15、压力传感器30、扭矩传感器47、直线光栅尺37、圆光栅49、光电编码器3和步进电机驱动器，拉压力传感器15通过螺栓一端与支撑座I 14连接，另一端与夹具支撑座16连接，夹具支撑座16布置在支撑导轨54上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨54上，从而避免拉压力传感器15受到扭转载荷的影响；扭矩传感器47两端通过挠性联轴器II JII 40,42分别与轴43和夹具固定轴I 50连接，支撑座VI 48内部安装有法兰轴承1、II 58、59，承受轴向载荷，避免拉伸载荷对扭矩传感器47的影响；所述试件装夹模块包括夹具下压板1、II 51、53和夹具上压板52，夹具下压板51通过螺钉固定在夹具轴50上，夹具下压板53通过螺钉固定在夹具支撑座16上，夹具上、下压板通过螺栓连接，实现对试件的夹持。所述的拉压力传感器15设置在直线滚动导轨22上的夹具支撑座16与支撑座I14之间，通过螺钉连接，夹具支撑座16通过螺钉固定在支撑导轨54上，支撑导轨54通过螺钉固定在支撑座I 14上。所述的圆光栅49套在与扭矩传感器47连接的夹具固定轴I 50上，且咬合式夹具与夹具固定轴I 50通过螺钉连接，圆光栅49测定扭转角位移。所述的压力传感器30 —端与压头31连接，另一端通过螺钉与支撑座IV 35连接，压头31对试件施加弯曲力，弯曲力的大小通过压力传感器30测得。所述的咬合式夹具由一对咬合式的夹具上、下压板组成，夹具下压板分别与夹具固定轴I 50及夹具支撑座16通过方形槽固定，并通过夹具体连接螺钉进行连接，被测试件为圆柱体回转结构，通过带有锯齿状结构的咬合式夹具上、下压板以压紧方式夹持。所述的双向滚珠丝杠11为左右旋双向丝杠，拉伸过程中左右拉伸工作台对称拉伸，试样中心目标测点位置固定不变。所述的拉压力传感器15为精密S型传感器。所述的弯曲力传感器30为精密S型传感器。本技术的有益效果在于:1.本技术构思新颖，整体结构紧凑，采用三个电机作为三个模块的动力源，拉压弯扭三种载荷分别由三种独立模块施加，三个模块之间既有联系又避免了相互之间的干扰，可以最大程度上模拟材料的复合载荷下的受力模式。采用龙门作为固定支架，充分利用了测试装置的空间。2.本技术的三个动力源可以通过光电编码器或驱动器进行输出转速和转矩的调节，可以在实验过程中控制载荷大小及不同载荷的比例，可以对材料及其制品在单一载荷下进行力学性能测试，亦可在拉弯、拉扭等复合载荷下进行力学性能测试。3.本技术传感器布局巧妙，拉压力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉伸?弯曲?扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于：包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，其功能可与拉压模块功能相互独立或关联，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置在测试平台上龙门架（2）一侧，功能与拉压模块相互独立，控制检测模块分布在各个功能模块上；所述拉压模块是：直流电机（4）带动蜗杆Ⅰ（8）转动，蜗杆Ⅰ（8）带动蜗轮Ⅰ（7）转动，蜗杆Ⅱ（10）带动蜗轮Ⅱ（12）转动，输出动力使双向滚珠丝杠（11）转动，布置在直线滚动导轨Ⅰ（22）上的两端支撑座相离或相向运动，实现对试件的拉伸或压缩；光电编码器（3）控制直流电机（4）的转速大小和方向，支撑蜗杆轴Ⅱ（33）的圆锥滚子轴承Ⅰ（9）承受蜗杆所受轴向力，双向滚珠丝杠（11）使试件进行双向拉压，保证试件所受载荷均匀对称；所述弯曲模块是：步进电机Ⅱ（23）通过电机法兰Ⅲ（24）、挠性联轴器Ⅰ（25）与滚珠丝杠（27）连接，丝杠螺母Ⅰ（28）带动安装在导轨Ⅱ（34）上的支撑座Ⅳ（35）上下移动，压头（31）下移实现对试件的弯曲载荷，步进电机驱动器控制步进电机Ⅱ（23）转速的大小和方向；????所述扭转模块是：步进电机Ⅰ（17）带动齿轮Ⅱ（19）转动，齿轮Ⅰ（18）与齿轮Ⅱ（19）啮合，齿轮Ⅰ（18）安装在轴（43）上，挠性联轴器Ⅲ（42）连接轴（43）和扭矩传感器（47），挠性联轴器Ⅱ（40）连接扭矩传感器（47）和夹具固定轴Ⅰ（50），扭矩传感器（47）固定在传感器固定座（41）上，夹具固定轴Ⅰ（50）通过法兰轴承Ⅰ、Ⅱ（58、59）安装在支撑座Ⅵ（48）上，夹具下压板Ⅰ（51）与夹具固定轴Ⅰ（50）通过螺栓连接在一起；所述控制检测模块包括拉压力传感器（15）、压力传感器（30）、扭矩传感器（47）、直线光栅尺（37）、圆光栅（49）、光电编码器（3）和步进电机驱动器，拉压力传感器（15）通过螺栓一端与支撑座Ⅰ（14）连接，另一端与夹具支撑座（16）连接，夹具支撑座（16）布置在支撑导轨（54）上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨（54）上，从而避免拉压力传感器（15）受到扭转载荷的影响；扭矩传感器（47）两端通过挠性联轴器Ⅱ、Ⅲ（40、42）分别与轴（43）和夹具固定轴Ⅰ（50）连接，支撑座Ⅵ（48）内部安装有法兰轴承Ⅰ、Ⅱ（58、59），承受轴向载荷，避免拉伸载荷对扭矩传感器（47）的影响；所述试件装夹模块包括夹具下压板Ⅰ、Ⅱ（51、53）和夹具上压板（52），夹具下压板（51）通过螺钉固定在夹具轴（50）上，夹具下压板（53）通过螺钉固定在夹具支撑座（16）上，夹具上、下压板通过螺栓连接，实现对试件的夹持。...

【技术特征摘要】
1.一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，其功能可与拉压模块功能相互独立或关联，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置在测试平台上龙门架(2 ) —侧，功能与拉压模块相互独立，控制检测模块分布在各个功能模块上；所述拉压模块是:直流电机(4)带动蜗杆I (8)转动，蜗杆I (8)带动蜗轮I (7)转动，蜗杆II (10)带动蜗轮II (12)转动，输出动力使双向滚珠丝杠(11)转动，布置在直线滚动导轨I (22)上的两端支撑座相离或相向运动，实现对试件的拉伸或压缩；光电编码器(3)控制直流电机(4)的转速大小和方向，支撑蜗杆轴II (33)的圆锥滚子轴承I (9)承受蜗杆所受轴向力，双向滚珠丝杠(11)使试件进行双向拉压，保证试件所受载荷均匀对称；所述弯曲模块是:步进电机II (23)通过电机法兰111(24)、挠性联轴器I (25)与滚珠丝杠(27)连接，丝杠螺母I (28)带动安装在导轨II (34)上的支撑座IV(35)上下移动，压头(31)下移实现对试件的弯曲载荷，步进电机驱动器控制步进电机II (23)转速的大小和方向；所述扭转模块是:步进电机I (17)带动齿轮II (19)转动，齿轮I (18)与齿轮II (19)啮合，齿轮I (18)安装在轴(43)上，挠性联轴器III (42)连接轴(43)和扭矩传感器(47)，挠性联轴器II (40)连接扭矩传感器(47)和夹具固定轴I (50)，扭矩传感器(47)固定在传感器固定座(41)上，夹具固定轴I (50)通过法兰轴承1、II (58、59)安装在支撑座VI(48)上，夹具下压板I (51)与夹具固定轴I (50)通过螺栓连接在一起；所述控制检测模块包括拉压力传感器(15)、压力传感器(30)、扭矩传感器(47)、直线光栅尺(37)、圆光栅(49)、光电编码器(3)和步进电机驱动器，拉压力传感器(15)通过螺栓一端与支撑座I (14)连接，另一端与夹具支撑座(16)连接，夹具支撑座(16)布置在支撑导轨(54)上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨(54)上，从而避免拉压力传感器(15)受到`扭转载荷的影响；扭矩传感器(47)两端通过挠性...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，杨柳青，孔祥飞，赵丹，吴鹏辉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：