[发明专利]低温原位双轴拉伸力学性能测试装置

说明书

本发明涉及一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，属于力学性能测试领域。采用立式结构，步进电动机通过联轴器与精密滚珠丝杠相连，通过丝杠螺母传动将电机的转动转变为运动板的精确直线运动，进而实现X轴、Y轴的同步双轴拉伸加载。温度加载模块采用半导体制冷片制冷，温度变化范围为0℃~30℃，实现变温条件下材料双轴拉伸力学性能测试。配合光学显微镜，对测试过程中试件的微观力学行为与损伤机制进行原位动态监测。优点在于：可以模拟材料真实服役状态；测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制,对低温环境复杂应力状态材料力学性能测试研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及材料微观力学性能测试领域的精密科学仪器领域，特别涉及一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置。可精确地测试材料在低温条件下承受同步双轴拉伸时的力学行为、损伤机制和性能弱化规律。

背景技术

材料的力学性能是评价其质量好坏、性能优良的主要指标进行设计计算的重要依据，传统的测试材料力学性能的方法为简单应力状态的试验，如拉伸、压缩以及扭转。但是,在实际服役状态下，通常材料不仅仅承受单一载荷的作用。然而传统的材料力学性能测试技术仅是在单一载荷作用下测得的，所以不能完全反映构件的受力状态，这也是零件提前失效的主要原因之一。随着板壳理论的提出，板材的应用也越来越广泛，板材的受力状态一般是典型的二向应力。因此，传统的测试装置已无法完全体现它的受力状态，其测得的力学参数也不具有绝对的参考价值。由于较薄的板材通常表现出一种各向异性，所以单轴拉伸试验已无法准确描述薄板的力学性能。

材料的力学性能受多种因素影响，其中温度则是影响其力学性能的重要因素之一。而近些年来，人们为了应对环境恶化和资源枯竭，开始对外太空、极地和海洋深处等低温环境进行频繁的探索。采用常温条件下测得的材料力学性能参数去指导低温环境下材料或结构的设计和使用，显然不具备科学性和实用性。因此，对低温工作环境下是否影响材料的力学性能的研究，尤其是就温度因素对材料力学行为与损伤影响机制的研究，受到国内外学者的广泛的关注。因此，如果能在材料力学性能测试中，开发一种可以提供接近材料真实受力情况，模拟材料所处的真实环境的力学测试仪器，就能更加准确的获得材料在实际服役条件下的力学性能。

目前，应用成熟的双轴拉伸压缩测试系统由于机械结构较大，不能与显微成像设备兼容，难以在进行载荷测试的同时提供原位监测手段，对各向异性材料在双轴拉伸压缩载荷下的微观力学行为及损伤机制缺乏有效的研究；现有的原位双轴测试装置也鲜有提及能够提供不同温度环境下的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明装置采用立式结构，仪器整体高度较低，满足特定条件下低温原位双轴拉伸试验要求。装置中步进电动机通过联轴器与精密滚珠丝杠相连，通过丝杠螺母传动将电机的转动转变为运动板的精确直线运动，进而实现X轴、Y轴的同步双轴拉伸加载。温度加载模块采用半导体制冷片制冷，温度变化范围为0℃～30℃，实现变温条件下材料双轴拉伸力学性能测试。配合光学显微镜，对测试过程中试件的微观力学行为与损伤机制进行原位动态监测。本发明可以模拟材料真实服役状态；测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制，对低温环境复杂应力状态材料力学性能测试研究具有重要意义。

本发明通过创新提出的新颖结构，有效的解决了双轴拉伸难以实现同步加载的难题，测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制，具有良好的应用前景，对于低温条件下材料在承受复杂应力状态时力学性能的测试研究具有十分重要的意义。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：