[发明专利]一种微纳尺度下材料扭转拉伸不同性能的测试装置及方法

说明书

一种微纳尺度下材料扭转拉伸不同性能的测试装置及方法，装置包括基座，基座通过两根支撑臂和顶盖板连接，顶盖板连接托架框，托架框和顶盖板均设有支撑主轴的磁悬浮轴承，主轴的中部通过两层不同旋向的双螺旋中心对称的游丝与托架框连接，主轴的下端通过上夹紧装置连接待测试样上端，待测试样的下端通过下夹紧装置连接在伺服马达的输出轴上，伺服马达固定在位置调整装置上，位置调整装置连接在支撑臂上的高精度垂直移动导轨上，主轴的上端设有主轴转角的激光测量系统；方法通过磁悬浮进行主轴的浮动支撑和试样的轴向预拉力加载，采用游丝和伺服马达进行待测试样的扭矩和扭转加载，本发明对微小力矩测量的敏感性好，数据稳定性和可靠性高。

技术领域

本发明涉及材料微纳尺度扭转测试技术领域，尤其涉及一种微纳尺度下材料扭转拉伸不同性能的测试装置及方法。

背景技术

微纳尺度下材料的力学性能是设计产品的一个重要指标，其直接关乎设计产品的寿命与成败。近几年研究发现，在各类成像仪器的辅助观测下，通过微纳米扭转力学测试技术可以对试样进行原位扭转测试和对材料的微观变形及损伤过程进行原位观察等诸多关键性指标测试，对研究材料损伤机理及尺度效应，进而进行小型化产品设计等具有重要的参考价值，受到了各国政府和研究机构的高度关注。

目前，用于材料微纳尺度扭转测试的实验平台大多采用接触式支撑，而且设备的体积较大，同时存在试样装卡对中困难以及对测试材料扭转过程中的预拉力处理模糊等问题，故现有设备仍存在测量精度和灵敏度不够高，精密测量信噪比低，实验调试难度大，测试效率低等问题。因此，通过优化实验平台的测量支撑方式，改善试样装卡的对中问题，提高设备整体精度和稳定性，对搭建更高标准的材料微纳尺度扭转测试平台，探索材料微纳尺度下的不同性能，帮助并引导产品设计者建立材料微纳尺度不同性能的意识具有重要的实际意义，同时也是一项紧迫且具挑战性的工作。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微纳尺度下材料扭转拉伸不同性能的测试装置及方法，装置体积小，灵敏度高；测量范围广，重复性强；预拉力可控，数值精确；调试难度低，信噪比高；测试效率高，数据稳定。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种微纳尺度下材料扭转拉伸不同性能的测试装置，包括水平放置的基座1，基座1通过两根垂直布置的支撑臂2和顶盖板8连接，顶盖板8连接托架框6，托架框6的底部和顶盖板8的中部均设有支撑主轴17的磁悬浮轴承20，主轴17的中部通过两层不同旋向的双螺旋中心对称的第一游丝7-1和第二游丝7-2与托架框6的内壁连接，第一游丝7-1和第二游丝7-2在水平支撑方向呈十字交叉布置，主轴17的下端连接有上夹紧装置5-2，上夹紧装置5-2和待测试样21的上端连接，待测试样21的下端和下夹紧装置5-1连接，下夹紧装置5-1连接在伺服马达4-2的输出轴24上，伺服马达4-2固定在位置调整装置4-1上，位置调整装置4-1连接在支撑臂2上的高精度垂直移动导轨3上。

在顶盖板8的顶面设有托架框调节旋钮9，通过托架框调节旋钮9能够带动托架框6绕托架框6中心旋转；顶盖板8的顶面靠近主轴17的位置设有电磁体10，电磁体10与主轴17上端连接的上磁盘11通过磁斥力作用使主轴17悬浮；主轴17的下端设有下磁盘19，托架框6底部连接的位置检测元件18对下磁盘19上下面的位置进行检测，主轴17的顶端连接有反射镜12，反射镜12的反射面与主轴17的回转中心共面安装，在顶盖板8的顶面的边部还设有一个平行激光发射器15和测量尺14，平行激光发射器15所发出的入射光线22通过测量尺14上面的小孔照射到反射镜12，并由反射镜12反射到测量尺14上。

所述的顶盖板8的下方设有环型槽13，托架框6为圆筒型，托架框6上端靠近环形槽13处含有齿圈，三个紧固套16压紧该齿圈，齿圈的轮齿与托架框调节旋钮9下方的小齿轮连接，托架框调节旋钮9的转动可带动托架框6进行旋转。