[发明专利]便携式变温原位拉压测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试技术领域，特别涉及一种便携式变温原位拉压测试装置，能在变温复杂载荷情况下对材料微观力学性能进行原位观测，可对材料的微观变形、损伤过程进行原位观测。

背景技术

随着中子衍射技术、扫描电子显微成像技术等在材料微观力学性能测试领域的广泛应用，材料保障技术对材料的力学性能测试提出了更高更深层次的要求，而将材料的力学性能的测试与材料内部结构的变化建立联系是当今材料领域研究的重要课题，其主要体现为材料在物理场与复杂载荷加载下的力学性能的测定、材料测试过程中显微结构表征以及无损检测技术的应用等方面。

在材料力学需要测试的各项力学性能参数中，弹性模量、屈服极限、强度极限、伸长率和切变模量等参数是测试的主要对象，一般来说，对材料的力学性能的测试有拉伸/压缩法、弯曲法、扭转法、鼓膜法和纳米压痕法等，其中原位拉伸/压缩测试方法能较为全面的体现出材料的力学性能，它可以通过实时的应力—应变曲线比较直观的分析出材料的弹性模量、断裂极限等力学性能，而在原位拉伸试验中拉伸速率、应变速率及温度等参数的控制对材料变形损伤状况影响也十分显著。

在近些年，伴随着工程材料领域理论知识与实际应用需求的增加，国内在实现复杂物理场下试件的原位测量的相关领域处于起步阶段，针对此类的加载设备也非常的少，并且，由于在实际生产过程中材料使用条件的复杂性，受单载荷拉伸作用的理想加载情况少之又少，而载荷场耦合热场的加载条件等在实际生产、生活中较为常见，在这样的趋势下，我们设计了变温复杂载荷下原位测试的装置对材料力学的性能测试进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式变温原位拉压测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明设计了具有整体试件绕自转轴旋转的功能并可以在试件旋转时实现测量的装置，并且本发明装置结构紧凑、精巧，可安装于中子衍射仪、X射线电子计算机断层扫描等观测平台上进行原位力学测试。重点强调了在可变温度复杂载荷下原位测试装置对试件的观测，通过在高温复杂载荷情况下对旋转试件的原位观测更有利于深入研究揭示材料在外力作用下的变形损伤规律，并对其可靠性预测和寿命评估具有重要的意义。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

便携式变温原位拉压测试装置，能在高温环境中对材料在复杂载荷下的力学行为、宏观-微观内部损伤分布进行测试，包括精密拉伸/压缩载荷驱动单元、精密旋转加载驱动单元、变形信号检测及控制单元、夹持单元、温度加载单元，所述精密拉伸/压缩载荷驱动单元通过电机法兰架30、滚珠丝杠轴承座27与测试平台基座螺栓连接，所述精密旋转加载驱动单元通过同步带Ⅰ、Ⅱ21、22与夹具体Ⅰ、Ⅱ9、13相连，所述变形信号检测及控制单元由位移传感器4通过位移传感器支撑座3与基座架2螺栓固定连接，所述夹持单元由夹具体Ⅰ、Ⅱ9、13与精密移动平台7刚性连接，通过同步带Ⅰ、Ⅱ21、22与精密旋转驱动单元中的同步带轮Ⅰ、Ⅱ20、23套接，所述温度加载单元由卤素灯11或电阻丝32进行加载固定在基座架2上。

所述的精密拉伸/压缩载荷驱动单元是：精密直流伺服电机31与传动单元相连接，传动单元由蜗轮28、蜗杆29、减速机构及精密滚珠丝杠26构成，精密直流伺服电机31通过脉冲换向方式输出角位移及可控扭矩，通过与精密直流伺服电机31相连接的传动单元将精密直流伺服电机31提供的旋转运动转换成精密直线运动，精密直流伺服电机31与精密滚珠丝杠26分别通过精密伺服电机法兰架30及滚珠丝杠轴承座27与测试平台基座进行螺栓连接。

所述的减速机构是：蜗轮蜗杆减速器与精密直流伺服电机31同轴安装，并通过精密伺服电机法兰30与下方的基座盖1连接，蜗杆29通过其上的螺钉与精密直流伺服电机31的输出轴套接，蜗轮28与精密滚珠丝杠26由楔键连接、定位，精密滚珠丝杠26通过滚珠丝杠轴承座27与上方的基座盖1连接，精密滚珠丝杠的导向通过导轨Ⅰ、Ⅱ5、14及导轨滑块Ⅰ、Ⅱ6、15实现，基座架2设有两组平行凹槽，导轨Ⅰ、Ⅱ5、14的直线定位通过两组平行凹槽实现。

所述的精密旋转加载驱动单元是：微型电机Ⅰ、Ⅱ18、25通过同步带Ⅰ、Ⅱ21、22与Ⅰ、Ⅱ夹具体9、13相连接，在单侧中，通过控制微型电机Ⅰ、18来控制旋转运动的速度，同步带轮Ⅰ、Ⅱ20、23刚性固定在夹具体Ⅱ13上，由轴肩定位，微型电机法兰支架Ⅰ、Ⅱ19、24通过螺栓连接固定在精密移动平台7上，通过微型电机Ⅰ18的精密旋转带动同步带21Ⅰ进行旋转，使与同步带Ⅰ21另一端相连的夹具体Ⅱ13进行旋转，使夹具Ⅱ13与试件12进行绕自转轴旋转。