[发明专利]一种微尺度双轴双向加载试验机

说明书

本发明提供一种微尺度双轴双向加载试验机它包括了机架平台组件、拉伸机构组件、载荷测量组件、夹具组件和应变测量组件；拉伸机构组件通过螺栓安装在机架平台组件上，拉伸机构组件与载荷测量组件通过螺纹配合进行固定，载荷测量组件的光栅尺、直线导轨通过螺栓固定在机架平台组件上，载荷测量组件与夹具组件的通过销钉连接，应变测量组件通过螺栓固定在机架平台组件上；本发明可根据不同的试验载荷选用不同尺寸形式的夹具和不同量程传感器，方便安装与拆卸，能同时实现非接触式应变测量与实验载荷测量；结构简单，工艺性好，具有推广应用价值。

技术领域

本发明设计一种微尺度双轴双向加载试验机，它可用于测试材料，尤其针对厚度在0.02-0.4mm之间的薄板在双轴承受拉伸状态下的力学性能，属于工程材料、物理性能、力学实验技术领域。

背景技术

近些年随着环境污染、能源短缺等问题的日益突出，微型产品的市场需求显著增加，越来越多微细成形零件应用于微电子、汽车、航空和医疗等领域。微细成形继承了传统塑性加工技术的优点，但当材料的尺度缩小到一定程度时，因尺度效应、摩擦阻力增大、难以精确定位等诸多问题，限制了其工业化应用。微尺度下材料屈服强化行为是精准描述微细成形过程的基础，也是国际研究的热点前沿问题。目前在预测微细成形材料屈服行为时仍采用宏观下广泛使用的Mises，Hill系列等屈服准则，没有考虑屈服准则在微尺度下适用性。

十字形试件的双向拉伸实验可以方便地通过控制两轴的载荷或位移比例，使试样中心区得到不同的应力应变状态，进而得到不同加载路径下双向拉伸区的任意屈服点。因此，十字形双向拉伸实验成为研究板料屈服行为最有效的实验方法。目前用于研究微尺度屈服强化行为的双向拉伸试验机未见报道，使得宏观下的屈服准则在微观尺度下的有效性一直缺乏实验验证。为此，本文发明了一种微尺度双轴双向加载试验机，可以实现箔材复杂加载路径下的变形，解决了箔材双向加载试验设备匮乏、成本较高的问题，为微尺度的屈服行为研究提供技术支持。

发明内容

(1)目的

本发明的目的在于提供一种微尺度双轴双向加载试验机，以研究微尺度下金属箔材的屈服行为等力学性能。具有四轴独立驱动、便于拆卸、传动简便和测试精度高等优点，可以配合CCD相机对双向加载过程中试样的应变情况进行观测。结合应力应变测量系统和运动控制系统，能够对单轴/双轴拉伸的载荷/位移/应变信号进行采集和控制，计算得到双轴在不同加载试验中的两个方向上的应力应变曲线，可用于箔材力学性能的研究。

(2)技术方案

本发明一种微尺度双轴双向加载试验机，它包括了机架平台组件、拉伸机构组件、载荷测量组件、夹具组件和应变测量组件；它们相互之间的位置关系是：拉伸机构组件通过螺栓安装在机架平台组件上，拉伸机构组件与载荷测量组件通过螺纹配合进行固定，载荷测量组件的光栅尺(31)、直线导轨通过螺栓固定在机架平台组件上，载荷测量组件与夹具组件的通过销钉(27)连接，应变测量组件通过螺栓固定在机架平台组件上；

所述的机架平台组件包括机架(1)和防震平台(13)；它们相互之间的关系是：机架(1)与防震平台(13)相互连接，如相互之间通过螺栓连接等；

该机架(1)的形状构造是：首先切割出特定长度的铝型材，再焊接成桁架结构；

该防震平台(13)的形状构造是：使用钢板加工成十字形状；

所述的拉伸机构组件包括固定支撑底座(21)、伺服电动缸(19)、和伺服电机(18)等；它们相互之间的关系是：该伺服电动缸(19)的两侧通过电动缸耳轴(20)与固定支撑底座(21)铰接，有一定的转动裕量，可实现快速安装与拆卸；伺服电机(18)和伺服电动缸(19)固连的同步带传动机构(17)通过螺栓固定；

该固定支撑底座(21)的形状构造是：L型，底面钻孔与防震平台(13)通过螺栓连接，侧面有与电动缸耳轴(20)配合的连接孔；