[发明专利]一种测量宏观尺度特殊材料力学性能的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明一种测量材料力学性能的实验装置及方法，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及方法。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明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及方法，能够克服软性材料与超塑性材料在实验过程中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，本发明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；