[发明专利]多载荷多物理场耦合服役条件下材料原位测试装置及方法

摘要

本发明涉及一种多载荷多物理场耦合服役条件下材料原位测试装置及方法，属于精密科学仪器领域。由精密六自由度复合载荷加载模块、精密扭转模块、精密压痕模块、夹具模块、控制模块组成，共同作用完成复合载荷多物理场耦合实验，并集成了数字散斑应变测量及红外热成像模块、显微镜观测模块，对复合载荷多物理场加载过程中材料变形行为、损伤机制现象进行原位观测及定量表征。优点在于可实现复合载荷的加载，开展如“悬臂式纯弯曲、悬臂式拉伸/压缩‑扭转、悬臂式弯曲‑扭转”等新型加载方式。利用氮化硅陶瓷加热片、帕尔贴片、电流加载实现冷/热‑电等多物理场的模拟，为接近服役条件下材料微观力学性能测试提供重要的革新的试验测试方法。

主权项

一种多载荷多物理场耦合服役条件下材料原位测试装置，其特征在于：装置整体采用三柱立式非对称布置，包括支撑框架模块（1）、隔震平台（2）、精密六自由度复合载荷加载模块（3）、精密扭转模块（4）、夹具及电热耦合模块（5）、数字散斑应变测量及红外热成像模块（6）、原位观测模块（7）、精密压痕模块（8）及圆周定位模块（9），所述精密六自由度复合载荷加载模块（3）通过定平台（15）与支撑框架模块（1）相连，并由六个电动缸（14）的协调作用实现试件的拉/压、弯曲载荷加载；精密扭转模块（4）设置在精密六自由度复合载荷加载模块（3）的动平台（10）上；夹具及电热耦合模块（5）通过法兰与精密扭转模块（4）连接；数字散斑应变测量及红外热成像模块（6）通过可调节支座（87）设置在隔震平台（2）上；原位观测模块（7）及精密压痕模块（8）设置在圆周定位模块（9）上，实现对试件可旋转的原位观测；所述的精密六自由度复合载荷加载模块（3）包括动平台（10）、虎克铰（11）、电机（12）、减速机（13）、电动缸（14）及定平台（15），所述定平台（15）与支撑框架模块（1）固定连接，电动缸（14）一端通过虎克铰（11）与动平台（10）连接，另一端与定平台（15）连接，电机（12）、减速机（13）分别连接在定平台（15）上，在六个电动缸（14）的协同作用下，实现在空间六个自由度方向的灵活运动；所述的精密扭转模块（4）由直流伺服驱动电机（20）及行星齿轮减速器（21）实现扭转进给，推力轴承a（23）、推力轴承b（24）安装在花键轴（19）上，抵消在拉伸/压缩加载时对直流伺服驱动电机（20）及行星齿轮减速器（21）产生的轴向载荷；花键轴（19）通过花键将扭矩传递到法兰（25）；花键轴（19）的轴端采用螺栓与法兰（25）连接，传递轴向拉/压力。