CN108645695B - 三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电一体化精密科学仪器领域，特别涉及三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置及方法，测试装置包括粗调驱动机构、精密驱动机构以及三点弯曲机构；三点弯曲机构包括螺母连接块、压头、密封盒盖、压力传感器、密封盒、支撑底板、第一支撑头以及第二支撑头；支撑底板设于密封盒中，第一支撑头与第二支撑头设于密封盒中，并分设于支撑底板的两端；第一支撑头与第二支撑头能发生相向或相背的运行；螺母连接块设于密封盒的上方，并能发生相对密封盒向上或向下的运行；螺母连接块在两侧分设有第一螺纹通孔与第二螺纹通孔；压头通过连接柱安装于螺母连接块的下端；其实现在强酸/碱场下的进行三点弯曲试验。

Description

三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及机电一体化精密科学仪器领域，特别涉及三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置及方法。

背景技术

材料科学是科学发展的中心，特别是航天技术的发展的缩影，必须得到材料科学的支持。伴随着新材料的诞生，新的产品和材料的性能分析技术已经成为重要的一部分，材料力学性能测试是非常必要的。随着科学技术的发展，利用各种不同的材料，服役条件越来越复杂。

获得材料的弹性形变、弯曲强度、剪切模量等力学性能指标，是传统的材料力学性能测试的一种常规模式。然而，材料和产品所服役的环境越来越复杂，其可靠性和耐腐蚀性变得越来越重要。随着对材料研究的不断深入，传统的材料力学性能参数测试，已不能满足材料对复杂环境的适应性的要求。因此，开发一种能在复杂的环境下对材料的力学性能进行有效的测试仪器，为研究在复杂环境下材料的力学性能提供可行的设备，为材料的制备，产品的开发、设计、生产、可靠性评估、寿命预测等提供科学依据，开创材料领域的科学和技术的一个新时代。

在日常生产中，通常材料，零件和设备工作一定的频率、应力、电场、磁场及化学场的耦合作用下，会造成材料在复杂环境下的失效。利用材料的显微组织的损伤与断裂机制，对材料开展微观结构的损伤演变及损伤机理的研究是非常重要的。然而，现有工业的机械化对材料的测试方法，如拉伸、三点弯曲试验，单功能的扭转试验设备。其测试都是一般的环境中测试的，没有在复杂的环境中对材料的力学性能进行测试，对材料力学性能的测试具有不准确性。因此，基于可靠性的要求，在以前，空间和结构合理的相容性进行复杂环境下材料力学性能的研究和设计适于复杂环境材料力学性能的试验设备。通过测试来获得材料在复杂环境下的力学性能参数，并结合力学、材料科学，控制技术等相关专业知识，对材料科学理论的检验和验证及支持材料科学的发展都具有重要的意义。

发明内容

本发明提供三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置及方法，其实现在（强）酸/碱场下的进行三点弯曲试验。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，包括粗调驱动机构、精密驱动机构以及三点弯曲机构；

三点弯曲机构包括螺母连接块、压头、密封盒盖、压力传感器、密封盒、支撑底板、第一支撑头以及第二支撑头；支撑底板设于密封盒中，第一支撑头与第二支撑头设于密封盒中，并分设于支撑底板的两端；第一支撑头与第二支撑头能发生相向或相背的运行；螺母连接块设于密封盒的上方，并能发生相对密封盒向上或向下的运行；螺母连接块在两侧分设有第一螺纹通孔与第二螺纹通孔；压头通过连接柱安装于螺母连接块的下端；密封盒盖中间位置设有通孔，密封盒盖通过通孔安装于连接柱上，并位于螺母连接块与压头之间；螺母连接块发生相对于密封盒向下的运动时，压头压向第一支撑头与第二支撑头中间位置，同时密封盒盖能覆盖密封盒；压力传感器设于螺母连接块与连接柱之间；

粗调驱动机构包括手轮、传动机构、蜗杆、第一涡轮、第二涡轮、第一滚珠丝杆以及第二滚珠丝杆；手轮通过传动机构连接于蜗杆，并带动蜗杆转动；蜗杆上按序设有第一螺旋齿与第二螺旋齿；第一螺旋齿传动连接第一涡轮，第二螺旋齿传动连接第二涡轮，第一涡轮与第二涡轮同速同向转动；第一滚珠丝杆的一端安装于第一涡轮上，并与第一涡轮同轴转动；第二滚珠丝杆的一端安装于第二涡轮上，并与第二涡轮同轴转动；螺母连接块上第一螺纹通孔安装于第一滚珠丝杆上，第二螺纹通孔安装于第二滚珠丝杆上；

精调驱动机构包括直流伺服电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、齿轮A与齿轮B；直流伺服电机的输出端连接于第一锥齿轮；第一锥齿轮齿轮传动连接于第二锥齿轮；第二锥齿轮设于第二滚珠丝杆另一端的端头；齿轮B设于第二滚珠丝杆的另一端并位于第二锥齿轮的上方；齿轮A设于第一滚珠丝杆的另一端，齿轮A与齿轮B齿轮传动。

作为本发明改进的技术方案，还包括加热台，加热台设于密封盒内的一侧，并位于第一支撑头与第二支撑头之间。

作为本发明改进的技术方案，密封盒的底部设有排液阀。

作为本发明改进的技术方案，传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮以及第四齿轮；第一齿轮与手轮同轴连接，并同轴转动；第二齿轮与第一齿轮齿轮传动连接；第三齿轮与第二齿轮同轴连接；第四齿轮安装于蜗杆的端头；第三齿轮与第四齿轮链条传动连接。

作为本发明改进的技术方案，还包括机架，机架包括上机架盒、手动驱动盒与底座；上机架盒包括上机盒以及分设于上机盒两侧的第一侧支撑板与第二侧支撑板；第一侧支撑板与第二侧支撑板采用底座支撑；第一涡轮、第二涡轮以及蜗杆均设于上机盒中；手轮与传动机构设于手动驱动盒中，手动驱动盒安装于第二侧支撑板的外侧；精调驱动机构设于底座中；三点弯曲机构设于上机架盒与底座之间，并且密封盒被底座支撑。

作为本发明改进的技术方案，支撑底板上设有导轨，第一支撑头的底面设有第一滑块、第二支撑头的底面设有第二滑块，第一支撑头通过第一滑块安装于导轨的一端；第二支撑头通过第二滑块安装于导轨的另一端。

作为本发明改进的技术方案，还包括第一导轨与第二导轨；螺母连接块在两侧还分设有第一导轨限位孔与第二导轨限位孔；第一导轨贯穿第一导轨限位孔，第一导轨的一端连接于上机盒的下端面，第一导轨的另一端被底座支撑；第二导轨贯穿第二导轨限位孔，第二导轨的一端连接于上机盒的下端面，第二导轨的另一端被底座支撑。

作为本发明改进的技术方案，还包括手柄，手柄设于手轮上。

本发明的另一目的在于提供使用三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置进行测试的方法,包括如下步骤：

S1、进行测试前，首先调整密封盒内第一支撑头与第二支撑头之间的跨距，然后用六角螺栓分别将第一支撑头与第二支撑头固定于密封盒中支撑底板上；

S2、将试件安装于第一支撑头与第二支撑头上，并夹紧，向密封盒中加入强酸，通过调节粗调驱动机构，使密封盒盖覆盖于密封盒；打开加热台，保持强酸的温度，等待测试；

S3、再次调节粗调驱动机构，使得压头与试件接触；然后启动直流伺服电机，直流伺服电机连接于外部计算机，在计算机的控制下直流伺服电机带动第一滚珠丝杆与第二滚珠丝杆转动，从而实现与螺母连接块相连接的压头缓慢向试件施压，压力传感器连接于上述计算机，压力传感器检测螺母连接块与压头间的力，并将检测的力的数据传递于计算机，实现对实验数据的采集及分析；

S4、测试结束后，对材料在强酸/碱场耦合下的性能进行分析。

有益效果

第一、 本发明装置体积小巧,结构紧凑。

第二、 可以通过手动调节装置进行压头位置的粗调，通过电机加载可以对压头的位置进行精确的调整，提高效率，节省时间。

第三、 为实现对长期服役于酸（碱）性环境下材料力学性能参数的测试，因此设计能够完成在酸（碱）性条件下对材料三点弯曲力学性能参数进行测试的实验装置尤为重要。

第四、 采用双滚珠丝杆、双导轨的设计可以确保压头在进行上下往复直线运动时避免因不平衡导致加载力的方向发生偏转，确保对试件加载时力的方向始终与试件垂直。

第五、 通过加热台，可以实现不同温度酸（碱）对材料性能的影响的研究。

第六、 酸（碱）盒可以通过拆卸实现不同酸（碱）盒的更换，更高效快捷，实验结束后，可通过排液阀将残余酸（碱）液排出，避免对三点弯曲支撑组件及加热台的腐蚀。

附图说明

图1为本发明装置的整体内部结构图；

图2为本发明装置的整体外观结构图；

图3是本发明装置的手动驱动结构图；

图4是本发明装置的力传感器与螺母连接块和压头之间连接的结构图；

图5是本发明装置的密封盒内结构图；

1.直流伺服电机；2-1.齿轮A；2-2齿轮B；3.支撑底板；4-1.第一支撑头；4-2.第二支撑头；5-1.第一侧支撑板；5-2.第二侧支撑板；6-1.第一导轨；6-2.第二导轨；7-1.第一滚珠丝杆；7-2.第二滚珠丝杆8.密封盒盖；9.压力传感器；10.螺母连接块；11.丝杆螺母；12-1.第一锥齿轮；12-2.第二锥齿轮；13. 压头；14.手柄；15.手轮；16.第一齿轮；17.第二齿轮；18.第三齿轮；19. 第四齿轮；20.蜗杆；21-1.第一涡轮；21-2.第二涡轮；22.底座；23.密封盒；24.手动驱动盒；25.上机架盒；26.加热台；27.排液阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，可开展材料在强酸条件下三点弯曲材料力学性能参数的测试，研究在三点弯曲与酸性（碱性）场耦合条件下，材料的损伤演变和失效机理，为材料的制备和产品的设计、可靠性评估、服役寿命预测提供依据。三点弯曲与强酸/碱场耦合下材料性能测试进行总体设计、压头13和第一支撑头、第二支撑头的设计及强酸（碱）环境密封盒23设计。三点弯曲测试仪通过手动传动装置通过手柄14摇动齿轮副实现链条带动上机架盒25里的第一蜗轮、第二涡轮、蜗杆20传动，进行大幅度的上下调节螺母连接块10；螺母连接块10一端连接压力传感器9并且通过第一滚珠丝杆、第二滚珠丝杆的旋转实现大行程上下运动，当压头13与试件接触后，由直流伺服电机1驱动直齿斜齿轮（第一锥齿轮）和直齿圆柱齿轮（第二锥齿轮）组件带动双向滚珠丝杆螺母11副实现准静态小距离加载；本发明结构紧凑、操作高效方便、原理可靠。

具体的为：三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，包括机架、粗调驱动机构、精密驱动机构以及三点弯曲机构；

机架包括上机架盒25、手动驱动盒24与底座22；上机架盒25包括上机盒以及分设于上机盒两侧的第一侧支撑板5-1与第二侧支撑板5-2；第一侧支撑板5-1与第二侧支撑板5-2采用底座22支撑；手动驱动盒24安装于第二侧支撑板5-2的外侧；还包括第一导轨6-1与第二导轨6-2；第一导轨6-1的一端安装于上机盒的下端面，另一端被底座22支撑；第二导轨6-2的一端安装于上机盒的下端面，另一端被底座22支撑；

三点弯曲机构设于上机架盒25与底座22之间，三点弯曲机构包括螺母连接块10、压头13、密封盒盖8、压力传感器9、密封盒23、支撑底板3、第一支撑头4-1以及第二支撑头4-2；

支撑底板3设于密封盒23中，密封盒23被底座22支撑；第一支撑头4-1与第二支撑头4-2设于密封盒23中，并设于支撑底板3的两侧；具体的，在对三点弯曲机构设计时，充分考试适应不同尺寸试件的测试，实现跨距的可调整，第一支撑头4-1与第二支撑头4-2能发生相向或相背的运行；优选地，支撑底板3上设有导轨（沟槽），第一支撑头4-1的底面设有第一滑块、第二支撑头4-2的底面设有第二滑块，第一支撑头4-1通过第一滑块安装于导轨的一端；第二支撑头4-2通过第二滑块安装于导轨的另一端。在第一支撑头4-1与第二支撑头4-2位置固定后，采用六角螺栓进行固定，以确保实验时跨距的可调节性。

螺母连接块10设于密封盒23的上方，并能发生相对密封盒23向上或向下的运行；螺母连接块10在两侧分设有第一螺纹通孔与第二螺纹通孔；螺母连接块10在两侧还分设有第一导轨6-1限位孔与第二导轨6-2限位孔；并且第一螺纹通孔与第二螺纹通孔位于第一导轨6-1限位孔与第二导轨6-2限位孔之间；第一导轨6-1贯穿第一导轨6-1限位孔，第一导轨6-1的一端连接于上机盒的下端面，第一导轨6-1的另一端被底座22支撑；第二导轨6-2贯穿第二导轨6-2限位孔，第二导轨6-2的一端连接于上机盒的下端面，第二导轨6-2的另一端被底座22支撑。

压头13通过连接柱安装于螺母连接块10的下端；密封盒盖8中间位置设有通孔，密封盒盖8通过通孔安装于连接柱上，并位于螺母连接块10与压头13之间；螺母连接块10发生相对于密封盒23向下的运动时，压头13压向第一支撑头4-1与第二支撑头4-2中间位置，同时密封盒盖8能覆盖密封盒23；压力传感器9设于螺母连接块10与连接柱之间；还包括加热台26，加热台26设于密封盒23内的一侧，并位于第一支撑头与第二支撑头之间。密封盒23的底部设有排液阀27。

粗调驱动机构包括手轮15、传动机构、蜗杆20、第一涡轮21-1、第二涡轮21-2、第一滚珠丝杆7-1以及第二滚珠丝杆7-2；

手轮15通过传动机构连接于蜗杆20，手轮15与传动机构设于手动驱动盒24中；手轮15带动蜗杆20转动，蜗杆20设于上机盒中；优选地，还包括手柄14，手柄14设于手轮15上；传动机构包括第一齿轮16、第二齿轮17、第三齿轮18以及第四齿轮19；第一齿轮16与手轮15同轴连接，并同轴转动；第二齿轮17与第一齿轮16齿轮传动连接；第三齿轮18与第二齿轮17同轴连接，并同轴转动；第四齿轮19安装于蜗杆20的端头；第三齿轮18与第四齿轮19链条传动连接或者齿轮传动连接。

蜗杆20上按序设有第一螺旋齿与第二螺旋齿；第一螺旋齿传动连接第一涡轮21-1，第二螺旋齿传动连接第二涡轮21-2，第一涡轮21-1与第二涡轮21-2同速同向转动；第一涡轮21-1与第二涡轮21-2均设于上机盒中；第一滚珠丝杆7-1的一端安装于第一涡轮21-1上，并与第一涡轮21-1同轴转动；第二滚珠丝杆7-2的一端安装于第二涡轮21-2上，并与第二涡轮21-2同轴转动；螺母连接块10上第一螺纹通孔安装于第一滚珠丝杆7-1上，第二螺纹通孔安装于第二滚珠丝杆7-2上；

精调驱动机构设于底座22中；精调驱动机构包括直流伺服电机1、第一锥齿轮12-1、第二锥齿轮12-2、齿轮A2-1与齿轮B2-2；直流伺服电机1的输出端连接于第一锥齿轮12-1；第一锥齿轮12-1齿轮传动连接于第二锥齿轮12-2；第二锥齿轮12-2设于第二滚珠丝杆7-2另一端的端头；齿轮B2-2设于第二滚珠丝杆7-2的另一端并位于第二锥齿轮12-2的上方；齿轮A2-1设于第一滚珠丝杆7-1的另一端，齿轮A2-1与齿轮B2-2齿轮传动。

三点弯曲与酸/碱场耦合下材料性能测试仪主要驱动模块包括直流电机模块（精调驱动机构）和手动调节模块（粗调驱动机构）。手动调节模块主要用在进行大行程的调节，可以节约时间。当进行手动调节时，通过旋转手柄14带动手轮15旋转，并通过第一齿轮16、第二齿轮17和第三齿轮18将扭矩传递给链条如图1所示，然后链条带动蜗杆20旋转，传动使压头13模块进行上下大行程的直线运动。

电机驱动模块（精调驱动机构）主要是在实验时进行精确的加载，可实现加载速率的调节。电机驱动模块是通过直流伺服电机1旋转通过第一锥齿轮12-1、第二锥齿轮12-2、齿轮A2-1与齿轮B2-2将扭矩传递给第一滚珠丝杆7-1与第二滚珠丝杆7-2，带动滚珠丝杆使压头13底座22做上下的往复直线运动，进而实现对被测试件三点弯曲载载荷进行加载和卸载，从而获得材料在强酸/碱场条件的三点弯曲力学性能测试。

当进行手动调节时，通过旋转手柄14带动手轮15旋转，并通过二级齿轮副将扭矩传递给链轮，然后链轮带动蜗轮蜗杆20旋转，使压头13模块进行上下大行程的直线运动。采用双丝杆的设计可以确保压头13在进行上下往复直线运动时避免因不平衡导致加载力的方向发生偏转，确保对试件加载时力的方向始终与试件垂直。

三点弯曲测试仪的主要传动部件包括滚珠丝杆，蜗轮、蜗杆20，导轨滑块及链轮等。三点弯曲测试仪是通过锥齿轮将扭矩传递给同步齿轮（齿轮A2-1与齿轮B2-2），然后带动蜗杆20旋转可以改变力的传递方向，还可以实现载荷的自锁功能，对材料测试时能进行自动的保载。同时可以带动滚珠丝杆旋转，对压头13支座进行上下的往复直线运动，两侧的导轨可以确保在上下移动的过程中不发生偏转，确保了力的加载方向始终垂直于被测试件。并且压头13固定在连接柱上，只能随着连接柱与螺母连接块作上下的直线运动。

为了实现材料在强酸(碱)性场条件下其三点弯曲材料性能的测试，设计了一个带有 密封盒盖8的密封盒23，用来盛放强酸(碱)溶液，可以有效防止酸(碱)性液体的飞溅，避免对实验人员造成伤害；密封盒23侧壁安装可拆卸的加热台26用来保持酸液的需求温度； 同时在实验结束的时候，避免强酸对密封盒23和支撑头的长期腐蚀，在密封盒23底部开有 排液阀27，可以将实验后的残液排出。密封盒23的密封盒盖8上开有圆孔,可以确保压头13 的连杆无接触的上下自由移动如图4所示。

据此，本文的主要工作是设计一台三点弯曲与强酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，开展材料在强酸（碱）条件下三点弯曲材料力学性能参数的测试，进行总体设计、夹具设计及强酸（碱）环境密封盒23设计。

本申请采用密封盒23与密封盒盖8做存放酸（碱）的容腔，同时，该容腔也是三点弯曲实验进行的空间；具体的在实验时支撑底板3固定在密封盒23底部，第一支撑头4-1底部与第二支撑头4-2的底部分别在支撑底板3上左右滑动，通过调整两支撑头之间的跨距，然后通过六角螺栓固定调节后的支撑头位置，可以实现不同尺寸试件的测试，然后向密封盒23内倒入强酸（碱）溶液，打开加热台26，然后盖好密封盒盖8。通过手动调节方式可以对压头13的位置进行粗调，使压头13和试件表面软接触，然后再通过直流伺服电机1进行精确载荷的加载。如果需要测试长期在酸（碱）性条件材料力学性能参数的变化，可以在其它密封玻璃容器完成对被测试样进行长时间的酸性腐蚀，取出后直接放入强酸（碱）密封盒23内，以完成被腐蚀事件的三点弯曲测试。这样可以避免酸（碱）性溶液对密封盒23和支撑头及其固定装置长期腐蚀，造成支撑头或酸性盒的过早失效，只要确保其酸（碱）性溶液的浓度相同。

三点弯曲与强酸（碱）场耦合下材料性能测试仪的加载过程，可以分为手动粗加载和直流电动机的精加载。可以通过手动调节对压头13位置进行粗调，可实现大行程的快速加载，可以有效地节约实验的时间。通过直流电机传递扭矩可以实现对压头13位置的精调，通过调整加载的速率，可以实现不同材料的测试。在密封盒23顶部增加密封盒盖8，可有效防止脆性材料断裂时造成酸（碱）性液体飞溅。在密封盒23底部增加排液口，可以将实验后的残液排出，可以有效地避免酸（碱）性液体对支撑头及其固定装置长期的腐蚀。

通过以上的设计，三点弯曲与强酸/碱场耦合下材料性能测试仪可以实现对被测试件在酸（碱）性条件下其三点弯曲材料力学性能参数的测试。该装置结构紧凑，设计合理，达到设计的要求。

具体的，使用三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置进行测试的方法,包括如下步骤：

S1、进行测试前，首先调整密封盒23内第一支撑头4-1与第二支撑头4-2之间的跨距，然后用六角螺栓分别将第一支撑头4-1与第二支撑头4-2固定于密封盒23中支撑底板3上；

S2、将试件安装于第一支撑头4-1与第二支撑头4-2上，并夹紧，向密封盒23中加入强酸（强酸为通俗定义的强酸），通过调节粗调驱动机构，使密封盒盖8覆盖于密封盒23；打开加热台26，保持强酸的温度，等待测试；

S3、再次调节粗调驱动机构，使得压头13与试件接触；然后启动直流伺服电机1，直流伺服电机1连接于外部计算机，在计算机的控制下直流伺服电机1带动第一滚珠丝杆与第二滚珠丝杆转动，从而实现与螺母连接块10相连接的压头13缓慢向试件施压，压力传感器9连接于上述计算机，压力传感器9检测螺母连接块10与压头13间的力，并将检测的力的数据传递于计算机，实现对实验数据的采集及分析；

具体的，所述信号控制及检测单元：压力传感器和直流伺服电机采用光电编码器联接。压力传感器的上下端分别与螺母连接块和压头通过螺纹连接，直接测得加载过程中的弯曲载荷；光电编码器检测直流伺服电机的转数，通过总减速比和第一（第二）滚珠丝杆的导程间接测得试样的弯曲挠度；

S4、测试结束后，对材料在（强）酸/碱场耦合下的性能进行分析。

也可表述为，包括如下步骤：a.进行测试前，首先调整密封盒23内支撑头之间的跨距，然后用六角螺栓固定位置，以便试件的安装；

b.将试件安装、夹紧后，加入强酸（碱），盖上密封盒盖8防止测试时溶液贱出；打开加热台26，保持酸（碱）液的温度，等待测试；

c.通过手轮15的转动上下大行程调试压头13装置的位置，当压头13与试件接触后，由直流伺服电机驱动进行准确加载；

d.启动直流伺服电机，通过直流伺服电机的转动，带动滚珠丝杆的传动从而实现与螺母连接块10相连接的压头13与试件接触，通过力传感器控制测试；

e.通过计算机发出指令控制电机驱动器，继而控制电机旋转，是从而实现驱动丝杆螺母（丝杆螺母有两个，设于螺母连接块上，并分别与第一螺纹通孔、第二螺纹通孔对应）单元移动，同时压力传感器把信息反馈给电脑，从而实现数据的采集以及分析；

f.测试结束后，通过所得载荷挠度数据以及图像信息对材料在强酸/碱场耦合下的性能进行分析；

g.密封盒23可拆卸，并且密封盒23下面有排液阀27，测试完之后酸液可以收集起来循环使用。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，其特征在于，包括粗调驱动机构、精密驱动机构以及三点弯曲机构；

三点弯曲机构包括螺母连接块、压头、密封盒盖、压力传感器、密封盒、支撑底板、第一支撑头以及第二支撑头；支撑底板设于密封盒中，第一支撑头与第二支撑头设于密封盒中，并分设于支撑底板的两端；第一支撑头与第二支撑头能发生相向或相背的运行；螺母连接块设于密封盒的上方，并能发生相对密封盒向上或向下的运行；螺母连接块在两侧分设有第一螺纹通孔与第二螺纹通孔；压头通过连接柱安装于螺母连接块的下端；密封盒盖中间位置设有通孔，密封盒盖通过通孔安装于连接柱上，并位于螺母连接块与压头之间；螺母连接块发生相对于密封盒向下的运动时，压头压向第一支撑头与第二支撑头中间位置，同时密封盒盖能覆盖密封盒；压力传感器设于螺母连接块与连接柱之间；

粗调驱动机构包括手轮、传动机构、蜗杆、第一涡轮、第二涡轮、第一滚珠丝杆以及第二滚珠丝杆；手轮通过传动机构连接于蜗杆，并带动蜗杆转动；蜗杆上按序设有第一螺旋齿与第二螺旋齿；第一螺旋齿传动连接第一涡轮，第二螺旋齿传动连接第二涡轮，第一涡轮与第二涡轮同速同向转动；第一滚珠丝杆的一端安装于第一涡轮上，并与第一涡轮同轴转动；第二滚珠丝杆的一端安装于第二涡轮上，并与第二涡轮同轴转动；螺母连接块上第一螺纹通孔安装于第一滚珠丝杆上，第二螺纹通孔安装于第二滚珠丝杆上；

精调驱动机构包括直流伺服电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、齿轮A与齿轮B；直流伺服电机的输出端连接于第一锥齿轮；第一锥齿轮齿轮传动连接于第二锥齿轮；第二锥齿轮设于第二滚珠丝杆另一端的端头；齿轮B设于第二滚珠丝杆的另一端并位于第二锥齿轮的上方；齿轮A设于第一滚珠丝杆的另一端，齿轮A与齿轮B齿轮传动；

还包括加热台，加热台设于密封盒内的一侧，并位于第一支撑头与第二支撑头之间；

密封盒的底部设有排液阀。

2.根据权利要求1所述的三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，其特征在于，传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮以及第四齿轮；第一齿轮与手轮同轴连接，并同轴转动；第二齿轮与第一齿轮齿轮传动连接；第三齿轮与第二齿轮同轴连接；第四齿轮安装于蜗杆的端头；第三齿轮与第四齿轮链条传动连接。

3.根据权利要求1所述的三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，其特征在于，还包括机架，机架包括上机架盒、手动驱动盒与底座；上机架盒包括上机盒以及分设于上机盒两侧的第一侧支撑板与第二侧支撑板；第一侧支撑板与第二侧支撑板采用底座支撑；第一涡轮、第二涡轮以及蜗杆均设于上机盒中；手轮与传动机构设于手动驱动盒中，手动驱动盒安装于第二侧支撑板的外侧；精调驱动机构设于底座中；三点弯曲机构设于上机架盒与底座之间，并且密封盒被底座支撑。

4.根据权利要求1所述的三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，其特征在于，支撑底板上设有导轨，第一支撑头的底面设有第一滑块、第二支撑头的底面设有第二滑块，第一支撑头通过第一滑块安装于导轨的一端；第二支撑头通过第二滑块安装于导轨的另一端。

5.根据权利要求4所述的三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，其特征在于，还包括第一导轨与第二导轨；螺母连接块在两侧还分设有第一导轨限位孔与第二导轨限位孔；第一导轨贯穿第一导轨限位孔，第一导轨的一端连接于上机盒的下端面，第一导轨的另一端被底座支撑；第二导轨贯穿第二导轨限位孔，第二导轨的一端连接于上机盒的下端面，第二导轨的另一端被底座支撑。

6.根据权利要求1所述的三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置，其特征在于，还包括手柄，手柄设于手轮上。

7.使用如权利要求1-6任一所述三点弯曲与酸/碱场耦合下材料力学性能测试装置进行测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、进行测试前，首先调整密封盒内第一支撑头与第二支撑头之间的跨距，然后用六角螺栓分别将第一支撑头与第二支撑头固定于密封盒中支撑底板上；

S2、将试件安装于第一支撑头与第二支撑头上，并夹紧，向密封盒中加入酸，通过调节粗调驱动机构，使密封盒盖覆盖于密封盒；打开加热台，保持酸的温度，等待测试；

S3、再次调节粗调驱动机构，使得压头与试件接触；然后启动直流伺服电机，直流伺服电机连接于外部计算机，在计算机的控制下直流伺服电机带动第一滚珠丝杆与第二滚珠丝杆转动，从而实现与螺母连接块相连接的压头缓慢向试件施压，压力传感器连接于上述计算机，压力传感器检测螺母连接块与压头间的力，并将检测的力的数据传递于计算机，实现对实验数据的采集及分析；

S4、测试结束后，对材料在酸/碱场耦合下的性能进行分析。