CN105067431A - 拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置及方法，属于精密科学仪器领域。机械传动模块由伺服电机、两级蜗轮蜗杆和丝杠及丝杠螺母组成，可将电机的转动转化为准静态速率下的直线运动，实现拉伸过程；任意角度拉伸剪切复合加载模块通过螺栓的摩擦力将可动装置压紧在底座上，通过改变可动装置的角度即可改变试件的载荷受力倾角；悬臂压痕模块通过安装于悬臂梁上方并与其平行的压电叠堆实现，当压电叠堆通电产生致动时挤压悬臂梁迫使其弯曲从而来实现压痕。在进行拉剪复合试验时将装置置于显微镜下即可进行原位观测。本发明原理可靠，结构紧凑，具有较高的使实用价值，可精确地进行拉伸剪切压痕多载荷材料力学试验与原位观测。

Description

拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置及方法

技术领域

本发明涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置及方法。

背景技术

一直以来，在材料力学测试的诸多力学性能参数中，弹性模量、屈服极限、强度极限、伸长率和切变模量等参数是最主要的测试对象，针对上述材料的性能参数有很多种测试方法，如拉伸/压缩法、弯曲法、扭转法、鼓膜法和纳米压痕法等。但是如上所述的诸多方法都是针对单一载荷，即单次试验仅能得出材料的单一性能参数，且每种测试方法都需要特定的实验仪器进行试验，十分繁琐。

另外，现有的测试仪器由于仅能进行单一力学性能的测试，无法对两种及以上的受力情况进行复合试验，这样无法得知材料在复合载荷过程中各种因素相互影响下材料的力学性能与单一载荷过程中单一因素影响下的力学性能是否会发生改变。并且仅有单一力学性能的测试对试验结果的适用性是不利的，由于材料在真实服役条件下大多数情况还是承受复合载荷的，所以当我们利用在单一载荷情况下得出的材料性能数据对真实服役条件下的材料进行校核计算时，不一定是准确的。例如，材料有可能在承受剪切的情况下其弹性模量的降低，或材料在承受拉伸的情况下其表面硬度的降低都会影响其校核的准确性。

目前还没有比较成熟的集拉伸、剪切以及压痕为一体的多载荷试验仪器，并且传统拉剪仪器也仅有特定的角度可以进行试验。该三种载荷集成的主要困难主要体现在如下几个方面：1.如何能够实现试件自由改变角度的锁紧；2.如何能够在自由改变角度的情况下保证装置锁紧的可靠性性、快速性以及准确性；3.由于拉剪复合装置已经具有足够的复杂性，如何能够在不影响功能的情况下尽量简化压痕模块。

综上所述，一套能够集拉伸、剪切及压痕为一体的多载荷材料力学测试仪器对于材料力学性能测试具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，解决了现有技术存在的上述问题，尤其解决了多载荷同时作用于材料情况下不同载荷对材料力学性能的影响问题。能够集拉伸、剪切及压痕为一体的材料力学测试装置，能够实现拉伸、剪切压痕的共同负载；能够实现自由改变试件夹持角度；采用悬臂结构大大简化压痕模块装置；采用两级压电叠堆进行压痕的位移控制，分别实现粗调与细调。本发明测试精度高，能够实现测量和数据分析的自动化。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，包括机械传动模块，任意角度拉伸剪切复合加载模块、悬臂压痕模块以及测量模块，其中机械传动模块带动任意角度拉伸剪切复合加载模块、悬臂压痕模块以及测量模块进行运动，测量模块对任意角度拉伸剪切复合加载模块以及悬臂压痕模块的变化进行测量；

所述机械传动模块是：一级蜗轮23与一级蜗杆22相互配合，二级蜗轮26与二级蜗杆28相互配合，二级蜗杆28通过二级蜗杆支撑架a27、二级蜗杆支撑架b30、辅助支撑架25连接在主机架11上；由于二级蜗轮探出过长，通过辅助支撑架25增加其刚度；直流伺服电机19通过减速机20固定在电机底座21上；将旋转运动转化为直线运动的滚珠丝杠13两端分别通过轴承座a12、轴承座b29安装在主机架11上，与滚珠丝杠13配套的螺母副固定在移动平台a9、移动平台b33上，分别带动移动平台a9、移动平台b33从而实现直线运动；

所述任意角度拉伸剪切复合加载模块包括：移动平台a、b9、33、用以确定试件夹持角度的90度标尺a、b8、31、夹持单元，所述90度标尺a、b8、31分别设置在移动平台a、b9、33上，所述夹持单元是压块a6和承载块a34分别通过螺钉将试件的两端压紧在压块b7和承载块b32上，两夹持单元通过螺钉与移动平台下方的辅助压板38相连，通过旋紧螺钉夹持单元会向辅助压板靠近，两者将分别压紧在移动平台的两侧，进而实现试件夹紧；

所述悬臂压痕模块是：压痕调板42固定在主机架11侧面，调节悬臂压痕模块的整体高度，一经调整不再改变；悬臂梁1通过螺钉固定在立柱3上，悬臂梁1内有两个串联的柔性凹槽，以易于实现竖直方向上的位移加载；压电叠堆37与顶块36固连，另一方向顶在悬臂梁1处，以易于实现竖直方向上的位移加载；

所述测量模块是：编码器18安装在机械传动模块的直流伺服电机19上；LVDT直线位移传感器16通过LVDT固定块17固定在移动平台b33上，LVDT挡块15固定在移动平台a9上且与LVDT直线位移传感器16相配合；拉压/拉伸传感器10安装在主机架11上用以测量试件所承受的拉力；挡板2固连于电容位移传感器4上，并与拉压/压痕传感器35不接触，留有一定间距，用于测量两者之间距离。

编码器18用以测量电机转角以估算两移动平台的位移；LVDT直线位移传感器16用以精确测量两移动平台相对位移；电容位移传感器4、挡板2用以测量压入深度；拉压/压痕传感器35用以测量压痕过程中压头所施加的压力；在不进行压痕过程时用于原位观测材料拉伸剪切变形用的显微镜。

所述的辅助支撑架25内部与二级蜗杆支撑架a、b27、30相通，均设有支撑用的滚动轴承，由于装置整体尺寸较宽，一级蜗轮伸出较长，为保证传动件的稳定性而增加此部件。所述二级蜗杆支撑架a、b27、30通过螺钉固定在主机架11的侧面，尽量靠近一级蜗轮。

所述的悬臂压痕模块动作分为两个阶段，即远离悬臂梁1端部的压电叠堆通电而进行的粗调与靠近悬臂梁1端部的压电叠堆通电而进行的细调，如图4所示，其中每块压电叠堆37右侧均与悬臂梁1固连，左侧则与顶块36固连；顶块36为半圆柱形状，靠母线一侧与悬臂梁1相接触，该接触处悬臂梁具有一定倾角以易于受力并防止顶块36从上方滑出。

所述的任意角度加载模块是通过90度标尺a、b8、31确定试件夹持角度，通过固定在移动平台a、b9、33下方的辅助压板38、上方的压块a、b6、7及承载块a、b34、32，达到准确快速地进行定位的过程。

所述的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置与显微镜相互配合，在不进行压痕过程时将压痕模块卸下，将装置整体置于显微镜下对拉剪过程进行原位观测。

本发明的另一目的在于提供一种拉伸-剪切预载荷原位压痕测试方法，自由调整试件的固定角度0°至90°，对其进行拉伸--剪切--压痕试验，其中压痕采取悬臂方式进行，过程中利用力与位移传感器进行数据测量，具体步骤如下：

步骤1：确定装置各个模块均已组装完毕，两移动平台a、b的高度差在0.1mm以内，机械传动模块传动准确，各传感器标定完毕且能够正常工作；

步骤2：先将试件两端夹持，固定好后按照角度将两夹持单元固定在两移动平台a、b上；

步骤3：将悬臂压痕模块组装后，利用压痕调板调节压痕模块整体高度，保证压头距离试件表面0.2mm至1mm后固定压痕调板；

步骤4：通过控制器给距离端部较远的压电叠堆施加电压使其形变进行粗调，观察拉压/压痕传感器35反馈的数据，当其不为零时停止增大压电叠堆的电压，并略微将其调小，使传感器的数据回零；

步骤5：准备工作完毕，判断试验是否需要进行压痕，如需要则继续进行，如不需要则将立柱3从压痕调板上卸下，将仪器整体放到观测装置下。以下按照需要压痕试验的情况叙述。

步骤6：由计算机由数据采集卡输出经电机驱动器控制电机运动，两移动平台a、b运动相对远离，试件受拉同时进行剪切复合载荷施加；

步骤7：由计算机经数据采集卡输出控制压电叠堆的驱动电压，进行压痕试验；

步骤8：由A/D采集卡采集拉压/拉伸传感器10、拉压/压痕传感器35、电容位移传感器4以及LVDT直线位移传感器16的信号；

步骤9：对采集到的数据进行换算，得到试件所受拉力、变形量，压头压力、压入深度等。

由各种传感器与A/D采集卡记录实验过程中的各种物理量，得到在某一角度条件下的试件拉伸剪切复合试验曲线，和试验过程中的压痕曲线，根据力学计算模型，即可得到材料的弹性模量、抗拉强度、抗剪强度以及接触刚度。

本发明的有益效果在于：能够实现拉伸、剪切压痕的共同负载；能够实现自由改变试件夹持角度；采用悬臂结构大大简化压痕模块装置；采用两级压电叠堆进行压痕的位移控制，分别实现粗调与细调；结构紧凑，具有较高的使实用价值，可精确地进行拉伸剪切压痕多载荷材料力学试验与原位观测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的整体外观示意图；

图2为本发明的移动平台的下方轴测示意图；

图3为本发明的后视图；

图4为本发明的右视图；

图5为本发明的辅助压板结构示意图；

图6为本发明的压痕调板结构示意图；

图7为本发明的拉伸剪切复合形变原理图；

图8为本发明的实现原位观测原理图；

图9为本发明的典型压入测试的载荷-位移原理图。

图中：1、悬臂梁；2、挡板；3、立柱；4、电容位移传感器；5、电容传感器固定块；6、压块a；7、压块b；8、90度标尺a；9、移动平台a；10、拉压/拉伸传感器；11、主机架；12、轴承座a；13、滚珠丝杠；14、导轨；15、LVDT挡块；16、LVDT直线位移传感器；17、LVDT固定块；18、编码器；19、直流伺服电机；20、减速机；21、电机底座；22、一级蜗杆；23、一级涡轮；24、连接杆；25、辅助支撑架；26、二级蜗轮；27、二级蜗杆支撑架a；28、二级蜗杆；29、轴承座b；30、二级蜗杆支撑架b；31、90度标尺b；32、承载块b；33、移动平台b；34、承载块a；35、拉压/压痕传感器；36、顶块；37、压电叠堆；38、辅助压板；39、滑块；40、螺母移动平台连接块；41、螺母；42、压痕调板。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图9所示，本发明的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，由机械传动模块，任意角度拉伸剪切复合加载模块、悬臂压痕模块以及测量模块四部分组成。

所述机械传动模块包括主机架11，一级蜗轮23、一级蜗杆22提供一级减速，连接杆24，二级蜗轮26、二级蜗杆28提供二级减速，二级蜗杆支撑架a27、二级蜗杆支撑架b30，由于二级蜗轮探出过长，增加其刚度的辅助支撑架25、电机支撑架21，为得到准静态加载速率而放置的减速机20，拉伸运动的驱动装置直流伺服电机19，将转动运动转化为直线运动的丝杠13，为丝杠提供支撑的轴承座a12、轴承座b30。与丝杠配套的螺母移动平台连接块40及螺母41固连在移动平台a9上，带动移动平台a9进行直线运动，移动平台b33也以同样的方式进行运动。两移动平台下固连滑块39，滑块39置于导轨14上，提供直线方向自由度。

所述任意角度拉伸剪切复合加载模块包括负责承载并带动大部分装置的移动平台a、b9、33，为确定试件固定角度的90度标尺a、b8、31。对试件进行直接夹持的夹持单元，包括压块a、b6、7以及承载块a、b34、32，其中压块a6和承载块a34通过分别通过螺钉将试件的两端压紧在压块b7和承载块b34上，另外，两夹持单元通过螺钉与移动平台下方的辅助压板38相连，通过旋紧螺钉夹持单元会向辅助压板靠近，两者将分别压紧在移动平台的两侧，进而实现试件夹紧。其中辅助压板如图5所示，在一个扇形平板上相应位置有3个螺纹孔，位置与承载块上的三个通孔相配合。

所述悬臂压痕模块是：压痕调板42固定在主机架侧面上调节其高度调节悬臂压痕模块的整体高度，一经调整不再改变，通以电流能够进行长度变化的进而作为压电模块驱动装置的压电叠堆37，支撑悬臂梁的立柱3，用以放置压电叠堆并可弯曲变形的悬臂梁1，其通过上面及下面的两个螺钉固定在立柱上，梁内有两个串联的柔性凹槽，通过它们悬臂梁会更容易弯曲，顶块36与压电叠堆固连，另一方向顶在悬臂梁处，更容易实现竖直方向上的位移加载。

所述测量模块包括：用以测量电机转角以估算两移动平台的位移的编码器18，用以精确测量两移动平台相对位移的LVDT直线位移传感器，用以测量试件所承受的拉力的拉压传感器10，配套使用以测量压入深度的电容位移传感器4和挡板2，用以测量压痕过程中压头所施加的压力的压传感器35，电容传感器固定块5用以固定传感器35并固连于移动平台a；在不进行压痕过程时用于原位观测材料拉伸剪切变形用的显微镜。

所述的辅助支撑架25，其内部与二级蜗杆支撑架a、b27、30相同，均设有支撑用的滚动轴承，由于装置整体尺寸较宽，一级蜗轮伸出较长，为保证传动件的稳定性而增加此部件。该支撑架由两螺钉在主机架11的侧面，尽量靠近一级蜗轮。

所述的悬臂压痕模块，其动作分为两个阶段，即远离悬臂梁端部的压电叠堆通电而进行的粗调与靠近悬臂梁端部的压电叠堆通电而进行的细调。如图4所示，其中每块压电叠堆右侧均与悬臂梁固连，左侧则与顶块固连。顶块为半圆柱形状，靠母线一侧与悬臂梁相接处，该接触处悬臂梁设计成具有一定倾角易于受力并防止顶块从上方滑出。

所述的任意角度拉伸剪切复合加载模块，其特征是通过90°角度标尺确定试件夹持角度，通过下方的辅助压板与移动平台上方的承载块，利用螺钉将两者分别于上下两侧压到移动平台上，以达到及准确又快速地进行定位的过程。

本发明与显微镜共同实现，在不进行压痕过程时将压痕模块卸下，将装置整体置于显微镜下对拉剪过程进行原位观测。

本发明提供的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试方法：自由调整试件的固定角度(0°至90°)，对其进行拉伸剪切压痕试验，其中压痕采取悬臂方式进行，过程中利用力与位移传感器进行原位测量。所述测试方法步骤如下：

步骤1：确定装置各个模块均已组装完毕，两移动平台a、b的高度差在0.1mm以内，机械传动模块传动准确，各传感器标定完毕且能够正常工作；

步骤2：先将试件两端夹持，固定好后按照角度将两夹持单元固定在两移动平台a、b上；

步骤3：将悬臂压痕模块组装后，利用压痕调板调节压痕模块整体高度，保证压头距离试件表面0.2mm至1mm后固定压痕调板；

步骤4：通过控制器给距离端部较远的压电叠堆施加电压使其形变进行粗调，观察拉压/压痕传感器35反馈的数据，当其不为零时停止增大压电叠堆的电压，并略微将其调小，使传感器的数据回零；

步骤5：准备工作完毕，判断试验是否需要进行压痕，如需要则继续进行，如不需要则将立柱3从压痕调板上卸下，将仪器整体放到观测装置下。以下按照需要压痕试验的情况叙述。

步骤6：由计算机由数据采集卡输出经电机驱动器控制电机运动，两移动平台a、b运动相对远离，试件受拉同时进行剪切复合载荷施加；

步骤7：由计算机经数据采集卡输出控制压电叠堆的驱动电压，进行压痕试验；

步骤8：由A/D采集卡采集拉压/拉伸传感器10、拉压/压痕传感器35、电容位移传感器4以及LVDT直线位移传感器16的信号；

步骤9：对采集到的数据进行换算，得到试件所受拉力、变形量，压头压力、压入深度等。

由各种传感器与A/D采集卡记录实验过程中的各种物理量，得到在某一角度条件下的试件拉伸剪切复合试验曲线，和试验过程中的压痕曲线，根据力学计算模型，即可得到材料的弹性模量、抗拉强度、抗剪强度以及接触刚度。

接下来分别针对拉剪复合与压痕的测试原理进行详细说明。

拉剪复合

如图6所示，试件原长(平行长度)l_g，宽b，厚h，夹具沿图中竖直方向运动，相对运动距离为l_d，试件在初始固定时的角度为θ，拉伸后两种状态的中线角度呈γ。

经推导可得以下公式：

${\mathrm{\Δl}}_d=\sqrt{l_g^2+l_d^2+2l_g{l}_{d}cos\mathrm{\θ}}-l_g---\left(1\right)$

应变为

$\mathrm{\ϵ}=In({\mathrm{\Δl}}_d/l_g+1)=In(\sqrt{l_g^2+l_d^2+2l_g{l}_{d}cos\mathrm{\θ}}/l_g)---\left(2\right)$

则角度

$\mathrm{\γ}=arccos\[(l_g+l_{d}cos\mathrm{\θ})/\sqrt{l_g^2+l_d^2+2l_g{l}_{d}cos\mathrm{\θ}}\]---\left(3\right)$

若设系数

k²＝l_g/(l_g+△l_d)(4)

则拉应力与剪切应力分别为

σ_t＝F_lcos(θ-γ)/(k²bh)(5)

σ_t＝F_lsin(θ-γ)/(k²bh)(6)

由此，即可得出拉应力与拉应变、切应力与切应变的关系曲线。

压痕

以Oliver和Pharr提出的基于弹性接触理论的经典测试原理进行求解。

P＝a(h-h_f)^m(7)

式中P为载荷，h为位移，h_f为卸载后的残余深度，a和m是拟合参数。

根据接触力学相关知识，并结合上式可计算出接触刚度S：

S＝(dP/dh)_h＝hmax＝am(h_max-h_f)^m-1(8)

其中，dP/dh表示P-h曲线在最大压入深的h_max处的斜率。

由接触深度

$h_c=h_{max}-\mathrm{\ϵ}\frac{P_{max}}{S}---\left(9\right)$

其中，h_c为接触深度，ε为与压头形状有关的常数。对于圆锥形压头，ε＝0.72，P_max为最大压力。

并根据面积函数A＝f(h_c)可算得接触面积，对于理想玻氏压头，

则材料的压入硬度H可表示为：

$H=\frac{P_{max}}{A}---\left(10\right)$

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，其特征在于：包括机械传动模块，任意角度拉伸剪切复合加载模块、悬臂压痕模块以及测量模块，其中机械传动模块带动任意角度拉伸剪切复合加载模块、悬臂压痕模块以及测量模块运动，测量模块对任意角度拉伸剪切复合加载模块以及悬臂压痕模块的变化进行测量；

所述机械传动模块是：一级蜗轮（23）与一级蜗杆（22）相互配合，二级蜗轮（26）与二级蜗杆（28）相互配合，二级蜗杆（28）通过二级蜗杆支撑架a（27）、二级蜗杆支撑架b（30）、辅助支撑架（25）连接在主机架（11）上；由于二级蜗轮探出过长，通过辅助支撑架（25）增加其刚度；直流伺服电机（19）通过减速机（20）固定在电机底座（21）上；将旋转运动转化为直线运动的滚珠丝杠（13）两端分别通过轴承座a（12）、轴承座b（29）安装在主机架（11）上，与滚珠丝杠（13）配套的螺母副固定在移动平台a（9）、移动平台b（33）上，分别带动移动平台a（9）、移动平台b（33）从而实现直线运动；

所述任意角度拉伸剪切复合加载模块包括：移动平台a、b（9、33）、用以确定试件夹持角度的90度标尺a、b（8、31）、夹持单元，所述90度标尺a、b（8、31）分别设置在移动平台a、b（9、33）上，所述夹持单元是压块a（6）和承载块a（34）分别通过螺钉将试件的两端压紧在压块b（7）和承载块b（32）上，两夹持单元通过螺钉与移动平台下方的辅助压板（38）相连，通过旋紧螺钉夹持单元会向辅助压板靠近，两者将分别压紧在移动平台的两侧，进而实现试件夹紧；

所述悬臂压痕模块是：压痕调板（42）固定在主机架（11）侧面，调节悬臂压痕模块的整体高度，一经调整不再改变；悬臂梁（1）通过螺钉固定在立柱（3）上，悬臂梁（1）内有两个串联的柔性凹槽，以易于实现竖直方向上的位移加载；压电叠堆（37）与顶块（36）固连，另一方向顶在悬臂梁（1）处，以易于实现竖直方向上的位移加载；

所述测量模块是：编码器（18）安装在机械传动模块的直流伺服电机（19）上；LVDT直线位移传感器（16）通过LVDT固定块（17）固定在移动平台b（33）上，LVDT挡块（15）固定在移动平台a（9）上且与LVDT直线位移传感器（16）相配合；拉压/拉伸传感器（10）安装在主机架（11）上用以测量试件所承受的拉力；挡板（2）固连于电容位移传感器（4）上，并与拉压/压痕传感器（35）不接触，留有一定间距，用于测量两者之间距离。

2.根据权利要求1所述的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，其特征在于：所述的辅助支撑架（25）内部与二级蜗杆支撑架a、b（27、30）相通，均设有支撑用的滚动轴承，所述二级蜗杆支撑架a、b（27、30）通过螺钉固定在主机架（11）的侧面。

3.根据权利要求1所述的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，其特征在于：所述的悬臂压痕模块动作分为两个阶段，即远离悬臂梁（1）端部的压电叠堆通电而进行的粗调与靠近悬臂梁（1）端部的压电叠堆通电而进行的细调，其中每块压电叠堆（37）右侧均与悬臂梁（1）固连，左侧则与顶块（36）固连；顶块（36）为半圆柱形状，靠母线一侧与悬臂梁（1）相接触，该接触处悬臂梁具有倾角以易于受力并防止顶块（36）从上方滑出。

4.根据权利要求1所述的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，其特征在于：所述的任意角度加载模块是通过90度标尺a、b（8、31）确定试件夹持角度，通过固定在移动平台a、b（9、33）下方的辅助压板（38）、上方的压块a、b（6、7）及承载块a、b（34、32），达到准确快速地进行定位的过程。

5.根据权利要求1所述的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置，其特征在于：所述的拉伸-剪切预载荷原位压痕测试装置与显微镜相互配合，在不进行压痕过程时将压痕模块卸下，将装置整体置于显微镜下对拉剪过程进行原位观测。

6.一种拉伸-剪切预载荷原位压痕测试方法，其特征在于：自由调整试件的固定角度0°至90°，对其进行拉伸--剪切--压痕试验，其中压痕采取悬臂方式进行，过程中利用力与位移传感器进行数据测量，具体步骤如下：

步骤1：确定装置各个模块均已组装完毕，两移动平台a、b的高度差在0.1mm以内，机械传动模块传动准确，各传感器标定完毕且能够正常工作；

步骤2：先将试件两端夹持，固定好后按照角度将两夹持单元固定在两移动平台a、b上；

步骤3：将悬臂压痕模块组装后，利用压痕调板调节压痕模块整体高度，保证压头距离试件表面0.2mm至1mm后固定压痕调板；

步骤4：通过控制器给距离端部较远的压电叠堆施加电压使其形变进行粗调，观察拉压/压痕传感器（35）反馈的数据，当其不为零时停止增大压电叠堆的电压，并将其调小，使传感器的数据回零；

步骤5：准备工作完毕，判断试验是否需要进行压痕，如需要则继续进行，如不需要则将立柱（3）从压痕调板上卸下；

步骤6：由计算机由数据采集卡输出经电机驱动器控制电机运动，两移动平台a、b运动相对远离，试件受拉同时进行剪切复合载荷施加；

步骤7：由计算机经数据采集卡输出控制压电叠堆的驱动电压，进行压痕试验；

步骤8：由A/D采集卡采集拉压/拉伸传感器（10）、拉压/压痕传感器（35）、电容位移传感器（4）以及LVDT直线位移传感器（16）的信号；

步骤9：对采集到的数据进行换算，得到试件所受拉力、变形量，压头压力、压入深度。