[发明专利]变温复合载荷原位力学测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种变温复合载荷原位力学测试平台,属于材料微观力学性能测试领域，测试平台集成了变温模块、复合加载模块、原位观测模块。复合加载模块由驱动单元，传动单元和信号采集单元组成，复合加载形式由新型的环形夹具实现，借助高精度数字测角仪可使被测试件的轴线方向和拉伸方向成不同试验角度从而构造出不同的应力状态，使试件的受力状态更加接近真实服役状态。变温模块由传感器内藏式超级热风枪、数字温调器、热电偶温度传感器组成，能精准的调控测试温度。变温模块和复合加载模块结构紧凑，便于集成目前主流的光学显微镜和电子显微镜进行原位监测材料在不同温度和复合载荷共同作用下裂纹萌生、扩展、破坏时材料内部组织的演化过程，为深入了解材料性能的微观本质，理解材料的宏观规律，揭示材料在温度场和复合载荷共同作用下的力学行为提供了崭新的测试手段和方法。

背景技术

新材料新工艺的研发与应用是工业发展的基础，而材料测试技术的不断发展是研究制造新材料，深入探究已有材料性能的重要手段。材料力学性能测试技术，主要为了获取材料的弹性模量、切变模量、屈服极限以及强度极限等宏观上的力学参数，随着材料科技的快速发展，各类新材料不断涌现，而对这些新材料的特异性的测试分析成为国内外研究热点问题，传统的材料力学性能测试手段已经跟不上研究人员迫切探究材料性能微观本质的需求，因此迫切需要基于新原理、新方法的测试技术与仪器的出现，为深入了解材料性能的微观本质，理解材料的宏观规律，揭示材料在温度场和复合载荷共同作用下的力学行为提供了崭新的测试手段和方法。

随着精密制造技术和显微成像技术的发展，基于小型化的原位测试技术随之兴起，通过原位监测的方法，可以获知材料在载荷作用下微观组织形貌变化的完整过程，充分说明显微结构和性能之间的对应关系，目前国外对原位力学测试技术的研究比较早，并且针对科研领域对于原位测试装置的需求，德国Kammrath&Weiss、英国Deben和美国MTIInstruments公司已经推出了数款小型化的原位测试装置，推动了材料原位测试技术的发展，但是国内对原位测试技术的研究起步比较晚，对材料力学性能的测试任然依赖于传统的测试方法，因此国内材料科学的发展相对比较落后，再加之国外技术保密和原位测试仪器的昂贵，在国内使用这种新型的原位测试方法和仪器的研究机构并不多见，这就需要国内自主研发和制造新型的原位力学性能测试仪器，目前大多数测试仪器以单一载荷为主，实际工况下许多构件的受载形式并非单一载荷，服役环境也并非常温状态，而是多种载荷形式和变温条件的共同作用，材料在复合载荷和温度影响下的损伤、失效行为与单一载荷常温作用下的行为迥然不同，因此变温复合载荷模式的原位力学测试平台对深入研究材料性能演变、失效破坏机制具有重要意义。

发明内容

测试平台集成了变温模块、复合加载模块、原位观测模块。复合加载模块由驱动单元，传动单元和信号采集单元组成，复合加载形式由新型的环形夹具实现，借助高精度数字测角仪可使被测试件的轴线方向和拉伸方向成不同试验角度从而构造出不同的应力状态，使试件的受力状态更加接近真实服役状态。变温模块由传感器内藏式超级热风枪、温度调节器、热电偶温度传感器组成，能精准的调控测试温度。测试平台为研究温度对材料力学性能的影响与材料微观结构和组织的变化提供了有效的测试手段，试平台不仅能研究不同温度梯度下材料的力学性能，还可以探究相变材料等温度敏感材料的力学性能，试验前调节数字温调器将热风控制在试件相变温度范围内，然后旋转夹具确定复合加载形式，试验时利用原位观测装置实时监测材料微观力学行为。在原位观测的同时磁栅尺将检测的位移信号和精密力传感器检测的载荷信号通过采集卡输送到计算机上，实时绘制应力应变曲线曲线。

本测试平台的上述目的通过以下技术方案实现：本发明涉及一种变温复合载荷原位力学测试平台,属于材料微观力学性能测试领域。测试平台集成了变温模块、复合加载模块、原位观测模块。复合加载模块由驱动单元，传动单元和信号采集单元组成。其中复合加载模块和变温模块通过螺栓连接固定在测试平台基座上，由于加热试件尺寸比较小，加热装置选择传感器内藏式超级热风枪，热风吹出口径为2mm，可以实现点对点加热，并且温度最高可达800℃，满足一般的加热试验条件。原位观测模块可以集成目前主流的光学显微镜，也可安置在扫描电子显微镜内。