[发明专利]一种开放式多场耦合测试系统

说明书

本发明公开了一种开放式多场耦合测试系统，包括依次叠放在开放式框架内的压力传感器、水冷板、热流测量极、冷极、热极、热源和隔热保护板，及其上方的承重台、步进电机及丝杆，与它们连接的主机、冷却水循环机、直流稳压电源、数字源表。待测材料试样放置于冷极和热极之间，在热流测量极、冷极、热极靠近上下两端设有热电偶测量温度。该测试系统集热、电、力等多场耦合加载功能和性能测试于一体，能够实现多场耦合作用下功能材料和智能材料力学、电学、热学等性能参数的测试，不仅可以测试平面试样，还可以测试曲面等异形试样，冷极、热极、热源等部件设计灵活，更换方便，同时可以兼容红外热成像、数字标记点图像测量等其他实验技术。

技术领域

本发明涉及材料测试技术，特别涉及一种多场耦合测试系统，测量多物理场耦合作用下的材料力学、电学和热学等基本性能参数。

背景技术

随着材料科学技术的不断发展，导电、导热、压电、光电、热电、磁电、形状记忆等功能材料和智能材料已经逐渐应用于电子信息、能源交通、生物医疗、航空航天等众多领域。这些材料在服役过程中，常常遇到温度变化、电压载荷、承受外力等复杂的工作环境，如果在产品设计和应用时，直接使用现有数据库及工程手册中的材料参数或者在常规条件下测得的材料参数，不考虑外界环境的作用影响，容易导致设计不合理、性能不达标、寿命降低甚至结构失效等严重问题。测量力场、电场、热场、光场、磁场、声场等多物理场耦合作用下的材料力学、电学和热学等基本性能参数，是评价材料服役行为、提供准确工程设计参数的关键，对于功能材料和智能材料及其相关产品的结构优化、性能提升、稳定工作、避免损坏和失效具有重要价值。

传统测试设备及测试方法由于测试目的较为单一，除了恒温等部分加载装置外，很少配置多个物理场的加载装置，难以实现多场耦合作用下材料力学、电学、热学等基本性能参数的测量，同时经典的实验技术理论也很少涉及到多个物理场耦合的情况。多场耦合问题的研究具有多样化、针对性和难度大的特点：一方面需要考虑导电、导热、压电、形状记忆等材料自身的粘弹性等特性，另一方面还要考虑所承受的高温、高压、振动、冲击、电流等环境因素的影响。

目前多场耦合测试仍然以经典的实验技术理论和测试方法为基础，这些方法经过了多年的发展和实践检验，形成了国际和国家测试标准，积累了丰富的数据，具有极高的可靠性和参照性。多场耦合问题的研究以经典理论和实验为基础，能够更好地进行测试系统及测试方法的优化改进和应用推广，融入到现有的工程设计体系中，提供满足需求、切实有用的数据。近年来，以传统的拉伸、压缩和纳米压痕等实验方法为基础，通过在材料万能试验机、纳米压痕仪等设备上集成多场加载装置和测试部件，已经可以开展力电热磁等多场耦合测试，不断推动着多场耦合问题的解决和技术发展。然而这些设备体积较大、结构复杂、操作要求高，为了减少测试环境的干扰，多场加载装置和测试部件大多为封闭式，虽然可以提高测试的精确度，但是不利于功能模块的丰富多样、优化改进和灵活组装，以及其他实验技术的配合使用，在一定程度上限制了多场耦合测试的范围和极限。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种开放式的多场耦合测试系统，集热、电、力等多场耦合加载功能和性能测试于一体。

本发明的技术方案如下：