[发明专利]复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器与方法

摘要

本发明涉及一种复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器与方法，属于精密科学仪器领域。包括复合载荷‑多物理场加载试验平台、原位监测平台和隔振基座三大部分。隔振基座主要用于支承复合载荷‑多物理场加载试验平台、原位监测平台，并为其安装提供定位，同时在测试中为各类精密驱动加载元件、检测元件以及原位监测元件提供有效的隔振处理。原位监测平台通过对各监测模块位姿的精确调整，实现对上述复杂载荷条件下材料样品的微观变形、损伤机制、微观组织结构变化以及性能演化进行实时的动态原位监测。优点在于：结构小型化和轻量化，可选配真空腔将仪器主体置于其中，从而为被测材料样品提供如低压、真空、惰性气体等测试环境。实用性强。

主权项

1.一种复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器，其特征在于：包括复合载荷‑多物理场加载试验平台（1）、原位监测平台（2）和隔振基座（3），所述隔振基座（3）用于支承复合载荷‑多物理场加载试验平台（1）、原位监测平台（2），为其提供基础性的安装定位，并为测试过程提供有效的隔振处理；所述复合载荷‑多物理场加载试验平台（1）依据试验条件，对被测材料样品施加拉伸/压缩、弯曲、扭转、低周疲劳载荷模式的力学加载，同时对载荷信号和变形信号的精密检测，进而实现复合载荷模式下材料的力学性能测试；依据试验条件，对被测材料样品施加力、电、热、磁多外场载荷，并实现对外场加载参数和材料相应物理性能参数的精确测量；在复合载荷‑多物理场加载试验平台（1）耦合作用下，实现对被测材料样品施加接近服役条件下的力学与外场耦合作用的复杂载荷，同时对材料基本物理性能参数进行精确测量和定量分析；通过微纳米压痕测试试验，可测定在各类外部载荷作用下材料硬度、弹性模量基本力学参数的动态演化情况；所述复合载荷‑多物理场加载试验平台（1）包括拉伸/压缩加载模块（11）、扭转加载模块（12）、弯曲加载模块（13）、低周疲劳加载模块（14）、微纳米压痕测试模块（15）、高温加载模块（16）、低温加载模块（17）、磁场加载模块（18）、电场加载模块（19），所述低温加载模块（17）、电场加载模块（19）的核心装置直流电源和循环制冷泵为外置设备；所述拉伸/压缩加载模块（11）固定于偏摆台（2501）台面上，扭转加载模块（12）分为扭转加载主动单元（1201）、扭转加载固定单元（1202）两部分，分别安装于拉伸/压缩加载模块（11）的扭转端拉伸滑座（1103）、疲劳端拉伸滑座（1104）上，低周疲劳加载模块（14）安装于疲劳端拉伸滑座（1104）上与扭转加载固定单元（1202）的尾部连接，弯曲加载模块（13）、微纳米压痕测试模块（15）、红外热成像监测模块（22）分别固定于侧向加载观测模块（24）的弯曲进给单元（2401）、压痕进给单元（2403）、红外热成像仪进给单元（2402）上，并一同安装于功能切换单元（2404）上；功能切换单元（2404）的往复运动实现弯曲加载模块（13）、微纳米压痕测试模块（15）、红外热成像监测模块（22）的位置选择和工位切换，红外热成像仪进给单元（2402）的直线运动调节红外热成像监测模块（22）的可视范围，弯曲进给单元（2401）的直线运动带动弯曲压头（1302）实现弯曲载荷加载，压痕进给单元（2403）的直线运动带动压痕压头（1509）进行压入点位的初定位；高温加载模块（16）通过调整滑座（1602）、调整滑座导轨（1805）与磁场加载模块（18）连接，磁场加载模块（18）、侧向加载观测模块（24）分别固定在拉伸/压缩加载模块（11）主轴线的两侧；所述复合载荷‑多物理场加载试验平台（1）在实现拉伸/压缩加载测试的基础上，同时还可构建高温/低温‑电场‑磁场的物理场环境，此外能够实现利用压入式检测手段分析材料的微观力学性能；最多可以实现“拉伸‑疲劳‑弯曲‑扭转‑高温场/低温场‑电场‑磁场”或“压缩‑弯曲‑扭转‑高温场/低温场‑电场‑磁场”的复合载荷‑多物理场耦合加载试验，模拟丰富的试验环境，获取丰富的材料物理性能参数，也可以模拟特定工况，选择其中一种或几种功能进行耦合加载。