[实用新型]拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器

说明书

本实用新型涉及一种拉扭复合‑力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，属于精密仪器装备领域。包括支撑模块、拉伸加载模块、扭转加载模块、高温加载模块和原位监测模块，拉伸加载模块的拉伸电机固定在斜齿轮减速机一的一侧，斜齿轮减速机一的另一侧通过固定螺栓一固定在支撑模块的上底座上，对被测试样实现双向同步拉伸加载。本实用新型可在高温环境下，对被测试样开展拉伸—扭转复合载荷的加载与测试，动态测试高温、拉伸‑扭转复杂机械载荷作用下材料的力学行为与性能演化规律，具有整机结构稳定、兼容模块丰富、测试精度高、载荷加载的环境复杂度高等特点。为材料研发制备、机械装备的优化设计及其寿命预测和可靠性评估提供重要的基础与支撑。

技术领域

本实用新型涉及精密仪器装备领域，特别涉及一种用于测试表征材料力学性能的精密仪器装备，尤指一种拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器。该仪器装备可实现对被测试样在高温环境下的拉伸/压缩—扭转载荷复合加载，并集成原位监测模块，实时动态地观测材料在复杂机械载荷作用下的力学行为与性能演化规律。本实用新型为材料在复杂静动态机械载荷、极端物理场中的服役性能研究提供了新的测试方法和思路；同时为材料研发制备、机械装备的优化设计及其寿命预测和可靠性评估提供重要的基础与支撑。

背景技术

材料的开发与应用是国家工业的发展基石，小到机械零部件的材料革新，大到飞机导弹、军舰飞船的轻量化选材，都在凸显材料在国民生活中的重要地位，因此对材料的力学性能测试研究可推动多个领域的并行发展。材料的力学性能测试技术可分宏观、介观及微观测试，常见的拉伸、压缩、扭转、弯曲、疲劳测试等均是对试样施加力学载荷；电场、磁场、温度场等物理场可与力学载荷耦合在一起，实现多物理场与多种机械载荷复合加载，模拟材料在复杂服役环境中的工况条件，但其测试一般为离位测试，无法实时动态地观测材料的内部组织形貌及断口、缺陷处的金相组织变化。随着科技的不断革新，微机电系统（MEMS）及显微成像技术的迅猛发展，材料测试装备可搭载如高景深显微镜、原子力显微镜等显微成像设备，实时观察材料的微观结构变化，开展材料微观结构变化的内在机理与宏观力学性能相结合的研究工作，综合表征材料的各项性能。

从上世纪80年代开始，一些西方国家致力于研究材料的内部应变、缺陷处的残余应力等，并取得了一系列成果，开发了测试各类载荷的试验仪器，国内试验机研发领域起步较晚，在材料测试装备的精度、载荷大小和稳定性方面较国外还有一定差距。传统的对试样进行拉伸、扭转、弯曲、疲劳测试技术，多采用单一载荷加载形式，且无法在试验过程中实时监测试样的微观结构变化，诸如此类，常规的力学性能测试装备无法模拟材料在实际环境中的工况条件。复杂环境下的固体试样受多种因素的影响，如高低温、强弱磁场及电场等物理场和拉压弯扭等复杂力学载荷等。目前，国际上已研制出复合载荷试验装备并投入量产，但价格昂贵且只能实现单一加载或依次加载；再者，研究材料在高温物理场及变温加载过程中力学行为与性能演变规律是国内外研究学者的关注热点，现有研究中，鲜少有在高温环境中静动态机械载荷复合加载的原位测试装备。即较大程度地限制了人类对新型材料的探索和研究。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种拉扭复合-力热耦合工况下材料力学性能测试仪器，解决了现有技术存在的试验机加载载荷类型单一、无外加物理场、无法将原位观测和力学载荷加载、物理场加载耦合于一体等问题。本实用新型所涉及的是在高温环境下，对固体试样进行多载荷预加载和多载荷复合加载，其中，拉伸加载模块、扭转加载模块和高温加载模块可独立加载也可组合式加载，模块相互独立，满足多因素耦合的模块化设计思想。试验装备集成数据采集和可视窗口，搭载原位监测模块实时监测材料在高温环境下，拉伸、扭转载荷复合加载过程中的表征形变和微观组织形貌变化，及时将图像信息反馈给终端控制单元，使整个测试系统形成闭环网络。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：