[发明专利]一种划痕测试装置及划痕测试方法

说明书

本发明公开了一种划痕测试装置及划痕测试方法，涉及材料性能测试技术领域，包括滑轨、弹力计和位移传感器，弹力计与滑轨滑动连接，弹力计下端的压头用于压入测试试样，位移传感器用于测量压头压入测试试样的深度，弹力计沿滑轨滑动，使得压头在测试试样上形成划痕。划痕测试方法，包括如下步骤：步骤一，将弹力计的压头压入测试试样；步骤二，滑轨带动弹力计在测试试样上水平滑动；步骤三，通过计算得出测试试样的滑动接触刚度K。本发明结构简单且易操作，并且能够测试测试试样在产生划痕时的滑动接触刚度；本发明的测试方法对于测试试样受到划痕时，接触面上的力学研究具有一定意义，有望应用到生物组织材料和结构的力学测试领域。

技术领域

本发明涉及材料性能测试技术领域，特别是涉及一种划痕测试装置及划痕测试方法。

背景技术

目前在生物软组织性能测试领域已有多种方向的研究，如对软组织的弹性极限、屈服强度、塑性变形、断裂强度、延伸率等方面的测试，而在软组织受到划痕时的力学测试方向尚未研究，同时缺乏在该过程中软组织滑动接触刚度的计算方法。物体压入软组织表面后滑动产生划痕，如果能够对该过程中接触面上的受力情况进行分析，并找到一种可靠的测试方法计算出材料的滑动接触刚度，不仅对软组织的性能研究与提升有很大帮助，而且其应用价值广泛，在生物软组织材料及工程软物质材料等领域都有很大的应用价值，此外还可以为其它相关领域的测试研究提供思路借鉴，这使得研究生物软组织的划痕测试装置及划痕测试方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种划痕测试装置及划痕测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，本发明结构简单且易操作，并且能够测试测试试样在产生划痕时的滑动接触刚度；本发明的测试方法对于测试试样受到划痕时，接触面上的力学研究具有一定意义，有望应用到生物组织材料和结构的力学测试领域。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种划痕测试装置，包括滑轨、弹力计和位移传感器，所述弹力计与所述滑轨滑动连接，所述弹力计下端的压头用于压入测试试样，所述位移传感器用于测量所述压头压入测试试样的深度，所述弹力计沿所述滑轨滑动，使得所述压头在测试试样上形成划痕。

优选地，所述划痕测试装置还包括载物台，所述载物台上设置有凹槽，所述凹槽用于放置测试试样。

优选地，所述划痕测试装置还包括电机，所述电机驱动所述弹力计沿所述滑轨滑动。

优选地，所述压头呈半球形；所述压头采用不锈钢制成。

优选地，所述划痕测试装置还包括位移显示器，所述位移显示器与所述位移传感器电连接，所述位移显示器用于显示所述压头压入测试试样的深度。

优选地，所述位移传感器的线性度小于或等于0.5％。

优选地，所述测试试样的形状为长方体。

优选地，所述压头的中心线垂直于测试试样的上表面。

本发明还提供了一种采用所述划痕测试装置的划痕测试方法，包括如下步骤：

步骤一，将弹力计的压头压入测试试样；

步骤二，滑轨带动弹力计在测试试样上水平滑动；

步骤三，通过计算得出测试试样的滑动接触刚度K为：

其中，p为电机的功率；v为压头的移动速度；k₁为压头在测试试样上移动时产生的滑动摩擦力大小与压头的移动速度v的二次方之间的比例系数；S为压头与测试试样的接触面积；R为压头的半径；δ为压头压入测试试样的深度。

优选地，所述步骤三中，计算测试试样的滑动接触刚度K的过程包括：