CN106769452A - 拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置及其测试方法 - Google Patents

拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置,包括:拉伸‑疲劳预载荷加载单元、拉伸疲劳加载单元、四点弯曲‑疲劳预载荷加载单元以及四点弯曲疲劳加载单元。拉伸‑疲劳加载单元通过电机驱动一级蜗轮蜗杆组件带动双向丝杠螺母副实现准静态加载;通过压电陶瓷驱使柔性铰链实现试件拉伸轴向的中低频往复运动;四点弯曲‑疲劳加载单元通过电机驱动蜗轮蜗杆带动单向丝杠螺母副实现四点弯曲压头加载,利用压电叠堆结合柔性铰链机构来实现,在一定的弯曲载荷下,通过压电叠堆驱动压头输出微小交变位移,完成弯曲载荷下的低频疲劳加载。本发明结构紧凑、原理可靠,可在各类成像仪器的观测下开展材料在拉伸疲劳和四点弯曲疲劳应力下的微观变形、损伤与断裂过程原位测试。

Description

拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置及其测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及机电一体化精密科学仪器领域,特别涉及一种基于拉伸疲劳-四占弯 曲疲劳原位力学测试装置。 '
背景技术
[0002]金属疲劳是材料科学的一个重要组成部分,已日益显示出它在提高产品质量和工 程应用中的重要作用。受商业化试验机限制实验周期较长、耗费较大,且材料试件疲劳断裂 微观结构都是在疲劳实验结束后采用扫描显微镜等成像设备进行研宄分析的,不能实现材 料试件受多种载荷应力作用下材料微观形貌实时观测,对材料疲劳力学性能研究有一定的 局限性。
[0003]疲劳试验机按测试试样的加载方式可分为:拉一压疲劳试验机、弯曲疲劳试验机、 扭转疲;5?试验机、炅合应力疲57试验机等。头际工程中的板、壳结构部件所承受的大多是多 种载荷同时作用,如拉伸一弯曲复合载荷模式、弯曲一疲劳复合载荷模式、拉伸一扭转复合 载荷模式等,因此,解析复合载荷模式作用下的材料的力学性能及其变性损伤机制对材料 学的发展具有不可忽视的现实意义。同时四点弯曲疲劳试验是用于测量材料弯曲疲劳性能 的一种试验方法。
[0004]因此设计开发一种集拉伸/压缩、四点弯曲、拉伸疲劳、四点弯曲疲劳多种载荷加 载模式于一体的跨尺度原位材料力学测试平台,对实时原位监测材料的微观力学行为和变 性损伤机制具有十分重要的意义。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,解决了 现有技术存在的上述问题。可集成拉伸测试、四点弯曲测试、疲劳测试及基于上述两种单一 载荷形式的复合载荷测试,即可给定拉伸应力下的四点弯曲测试、给定四点弯曲应力下的 拉伸测试、给定拉伸应力下的四点弯曲疲劳测试或给定四点弯曲应力状态下的拉伸疲劳测 试,还可以同时进行拉伸疲劳、四点弯曲疲劳复合加载测试。此外本发明测试装置结构小 巧,可在多种显微镜下开展上述测试,对材料的微观变形、损伤和断裂过程进行原位监测。 [0006] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现: 一种拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,包括四点弯曲预载荷加载单元、四点 弯曲疲劳加载单元、拉伸预载荷加载单元、拉伸疲劳加载单元以及上位机; 所述的四点弯曲预载荷加载单元包括:直流伺服电机I、电机法兰盘I、单向滚珠丝杠n 以及位移传感器n,其中,直流伺服电机I通过电机法兰盘I与测试平台基座相连,直流伺服 电机I的输出轴依次经由第一减速增扭单元实现减速、增扭后与单向滚珠丝杠n的丝杠转 动副连接,单向滚珠丝杠n上的螺母移动副上固定连接弯曲模块支撑座,测试平台基座上 设有用于测量弯曲模块支撑座位移量的位移传感器n,弯曲模块支撑座上刚性固定所述四 点弯曲疲劳加载单元; 所述四点弯曲疲劳加载单元包括:压电叠堆1、柔性铰链1、力传感器1和四点弯曲压头; 其中,压电叠堆I安装于柔性铰链1的凹槽内,通过预紧螺钉进行预紧,四点弯曲压头经由 力传感器I安装于柔性铰链I的输出端处,柔性较链1刚性固定在弯曲模块支撑座上; 所述拉伸预载荷加载单元包括:直流伺服电机11、电机法兰盘n、精密双向滚珠丝杠、 拉伸夹持台〗、拉伸夹持台n、夹具I以及力传感器n,其中,直流伺服电机n通过电机法兰 盘n安装在测试平台基座上,通过第二减速增扭单元实现减速、增扭后与精密双向滚珠丝 杠的丝杠转动副连接,精密双向滚珠丝杠上两个螺母移动副中的一个连接拉伸夹持台1,另 一个连接拉伸夹持台n,夹具I通过拉伸夹持台I和拉伸夹持台n安装在与测试平台基座 固连的直线导轨滑块n上;在夹具I的端部安装有用于检测测试试件所受拉力的力传感器 n,夹具I下方设置有随时监测拉伸量的位移传感器n; 所述拉伸疲劳加载单元包括:柔性铰链n、压电叠堆n、夹具n以及位移传感器n,所 述压电叠堆n安装在柔性铰链n内,柔性铰链n固定端通过螺钉固定在拉伸夹持台I上,柔 性铰链n的活动端与夹具n相连,夹具n通过拉伸夹持台I、拉伸夹持台n安装在与测试平 台基座固连的直线导轨滑块n上; 所述上位机分别与直流伺服电机I、位移传感器n、压电叠堆I、力传感器I、直流伺服 电机n、力传感器n、接触式位移传感器n、以及压电叠堆n控制连接。
[0007] 所述第一减速增扭单元包括传动连接的蜗轮I和蜗杆I;所述第二减速增扭单元包 括传动连接的蜗轮n和蜗杆n。
[0008] 所述测试平台基座上设有位移传感器支座I,弯曲模块支撑座的侧部固定连接有L 形挡板;所述位移传感器n安装在位移传感器支座I上,用来测量L形挡板的位移量,进而得 出四点弯曲压头的位移量。 所述的夹具I、夹具n均通过旋紧螺钉对试件进行夹紧;所述试件上加工有与旋紧螺钉 相配合实现试件定位的u型槽,然后在试件的上部依次放置防滑垫层、上压板,最后通过内 六角螺栓实现对试件的压紧。
[0009] 一种使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸疲劳-四点弯 曲疲劳原位力学测试的方法,包括以下几个步骤: a •进行力学测试前,首先通过直流伺服电机I和直流伺服电机n调整试件夹具及四点 弯曲压头的位置,以便试件的安装; b.将试件安装、夹紧后,将各个力传感器和位移传感器的示数清零; c •对测试过程进行动态监测之前,调整光学显微镜镜头与试件的相对位置,直至试件 的中心处在光学显微镜镜头视场的中心位置; d •通过直流伺服电机I和直流伺服电机n对试件施加拉伸载荷或弯曲载荷,在实现拉 伸疲劳的过程中,通过压电叠堆n驱使柔性较链n实现试件拉伸方向中低频往复运动,实 现疲劳加载;在实现弯曲疲劳的过程中,通过压电叠堆I驱动柔性铰链I带动力传感器I和 四点弯曲压头输出微小交变位移,完成弯曲载荷下的低频疲劳加载; e •通过光学系统、CCD图像传感器采集图像信息,对材料的微观组织变形、损伤与断裂 等过程进行在线观测,并通过相应的接口电路,将图像信息传入计算机; 、 f •通过计算机中的Labview人机交互界面对实验加载条件进行设定,所述条件包括疲 劳应变幅值、频率、载荷或位移加载参数; g.通过计算机将设定好的参数下发到各自的控制器中,由控制器将输出信号转换成电 信号,经控制器分别实现驱动丝杠螺母单元移动、疲劳单元加载; f •测试结束后,通过所得应力应变数据以及图像信息对材料在拉伸疲劳-四点弯曲疲 劳复合载荷作用下的微观力学性能进行分析。
[0010] 测试前将试件进行研磨抛光、金相腐蚀处理。
[0011] 本发明的有益效果在于: 第一、本发明装置体积小巧,结构紧凑,可安装于各种主流电子显微镜真空腔体的载 物平台上。
[0012]第二、通过对试件一方向上施加拉伸载荷同时另一个方向上施加弯曲载荷,使试 件的中心在一个平面上存在两个相互垂直的加载力,同时在拉伸载荷的基础上还可以对试 件的拉伸端施加疲劳载荷,在弯曲载荷的基础上在试件的弯曲方向施加疲劳载荷,用于研 究不同载荷形式及载荷大小情况下材料的微观力学性能。此外,拉伸载荷方向和弯曲载荷 方向各使用一个压电叠堆进行疲劳加载,即拉伸方向和弯曲方向的疲劳加载相互独立,使 疲劳加载方案选择多样性,可开展拉伸试验、四点弯曲试验、拉伸和四点弯曲耦合加载试 验、拉伸和拉压疲劳耦合试验、四点弯曲和弯曲疲劳耦合加载试验、拉伸一拉压疲劳一四点 弯曲耦合加载试验、拉伸一四点弯曲一弯曲疲劳及拉伸一拉压疲劳一四点弯曲一弯曲疲劳 耦合加载试验。
[0013] 第三、可以在各类成像仪器的观测下对试件进行原位拉伸、四点弯曲、疲劳单一以 及复合力学测试,对材料的微观变形和损伤过程进行原位观察,并通过载荷/位移信号的同 步检测,结合相关算法,亦可自动拟合生成载荷作用下的应力应变曲线。
[0014] 第四、本发明对丰富原位微纳米力学测试内容和促进材料力学性能测试技术及装 备具有重要的理论意义和良好的应用开发前途。
附图说明
[0015] 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。
[0016] 图1为本发明装置的整体外观结构示意图; 图2是本发明装置的的俯视图; 图3是本发明装置的的右视图; 图4是本发明装置的的主视图; 图5是本发明装置的四点弯曲疲劳单元结构示意图; 图6是本发明装置试件夹持单元部分结构示意图; 图7是本发明装置试件夹持单元完整结构示意图; 图中:1.直流伺服电机I; 2.电机法兰盘I; 3 •弹性联轴器I;4.轴承支座1;5 • ^轮1;6 •蜗 杆I; 7 •固定座I; 8 •位移传感器支座I; 9.位移传感器I; 1〇.柔性铰链11 ;11 •压电置堆11 ;12 • 直流伺服电机n; 13.电机法兰盘n; 14.弹性联轴器n; 15 •轴承支座n; 16 •蜗轮n; n •蜗 杆n; is.固定座n; 19 •位移传感器n; 2〇直线导轨滑块n; 2i •拉i申夹持台I; 22 •直线导轨 滑块I; 23.弯曲懸底座;24•柔性较链I;25.压电叠堆I;26力传感器1 •27 •连接块;28.四点 弯曲压头;29.试件;3〇•夹具I;31.力传感器n;32•拉伸夹持台n;33.测试平台基座;34- 弯曲模块支撑座;35.夹具n ; 36.单向滚珠丝杠n ; 37 • L形挡板;38.旋紧螺钉D
具体实施方式
[0017] 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。
[0018] 参见图1至图6所示,本发明的拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,包括四 点弯曲预载荷加载与检测单元、四点弯曲疲劳加载单元、拉伸预载荷加载与检测单元、拉伸 疲劳加载单元。
[0019] 所述的四点弯曲预载荷加载单元是:直流伺服电机II通过电机法兰盘12与测试平 台基座33相连,经由蜗轮15、蜗杆16实现减速、增扭,带动单向滚珠丝杠1136将旋转运动转 换为弯曲模块支撑座34的直线往复运动,最终实现四点弯曲测试压头28对被测试样29的准 静态加载。所述位移传感器II19安装在位移传感器支座18上,用来测量L形挡板37的位移 量,进而得出四点弯曲压头28的位移量。 参见图5所示,本发明所述的四点弯曲疲劳加载单元由压电叠堆125、柔性较链124、力 传感器126和四点弯曲压头28组成;其中压电叠堆125安装于柔性铰链124的凹槽内,通过预 紧螺钉进行预紧,压头28经由力传感器126安装于柔性较链124的输出端处,整个弯曲疲劳 单元与弯曲模块支撑座34刚性固定,在实现弯曲疲劳的过程中,通过压电叠堆I 25驱动柔 性较链124带动力传感器126和四点弯曲压头28输出微小交变位移,完成弯曲载荷下的低频 疲劳加载。
[0020] 所述的拉伸预载荷加载单元是:直流伺服电机II12通过电机法兰盘II13安装在测 试平台基座33上,通过蜗轮n 16蜗杆n 17减速增扭,驱动精密双向滚珠丝杠并将丝杠的旋 转运动转化为拉伸夹持台121、拉伸夹持台1132的直线运动,实现对试件29拉伸加载。在夹 具夹具130端安装有力传感器II 31,用于检测测试试件所受的拉力。通过安装在夹具下方的 接触式位移传感器n 19,可以随时监测拉伸的位移。
[0021] 所述的拉伸疲劳加载单元包括:柔性铰链n 10、压电叠堆nil、夹具n35以及位 移传感器n 19,所述压电叠堆n 11安装在柔性铰链n 10内,柔性铰链n 10固定端通过螺钉 固定在拉伸夹持台121上,柔性铰链n 1〇的活动端与夹具n 35相连,夹具i、n 3〇、35通过拉 伸夹持台I、n21、32安装在与测试平台基座33固连的直线导轨滑块1120上。在实现拉伸疲 劳的过程中,通过压电叠堆nil驱使柔性铰链n 1〇实现试件29拉伸方向中低频往复运动, 实现疲劳加载。
[0022] 所述的四点弯曲预载荷加载与检测单元采用四点弯曲压头28,可对材料开展两端 固支四点弯曲测试和两端自由四点弯曲力学性能测试。
[0023] 参见图6所示,本发明所述的夹具130、夹具1135上均通过旋紧螺钉38对试件29进 行夹紧;所述试件29上加工有U型槽与旋紧螺钉38相配合实现试件的定位,然后在试件29 上依次放置防滑垫层、上压板,通过拧紧内六角螺栓实现对试件29的压紧,以保证夹持的可 靠性。
[0024] 本发明测试装置将拉伸疲劳和四点弯曲疲劳单元集成到一起,可开展拉伸疲劳试 验、四点弯曲疲劳试验、拉伸_四点弯曲测试试验,拉伸疲劳-四点弯曲疲劳测试试验。测试 装置整体尺寸为247 X 240 X 104mm,可置于显微镜组件下进行原位观测。
[0025] 本发明单一载荷加载模式具体实现过程如下:纯拉伸、纯弯曲加载模式:直流伺服 电机经由蜗轮蜗杆带动滚珠丝杠将旋转运动转为拉伸夹持台121、拉伸夹持台1132、弯曲模 块支撑座34的直线运动,实现对试件的准静态加载。
[0026] 拉伸疲劳测试过程:通过上位机控制拉伸测试单元对被测试件施加预期的拉应力 以后,进行保载,然后通过上位机对压电叠堆nil输入持续具有一定频率的交变电压,驱 动柔性铰链II10实现对被测试件29拉伸方向的低频往复运动。当达到上位机输入的拉伸疲 劳次数自动停止,从而实现拉伸疲劳加载。
[0027]弯曲疲劳测试过程:通过上位机控制拉伸测试单元对被测试件施加预期的拉应力 停止并保载;或者是通过上位机控制四点弯曲测试单元对被测试件施加预期的弯曲挠度后 停止并保载。通过上位机给压电叠堆I 25输入具有一定频率持续交变电压,使其驱动柔性 铰链24带动力传感器126和压头28做高频低幅的往复运动,对被测试件29施加弯曲疲劳,当 达到上位机输入的弯曲疲劳的次数自动停止,实现弯曲疲劳的加载。
[0028]实现拉伸疲劳-四点弯曲疲劳复合的过程,只须将上述拉伸过程与弯曲过程结合 起来,通过上位机控制软件控制其所需的加载时序,即可完成拉弯复合载荷下的测试过程。 [0029] 根据实验目的需要,选择合适的测量方法,即纯拉伸测试、纯四点弯曲测试、拉伸一 疲劳测试、四点弯曲-疲劳测试、拉伸-四点弯曲复合载荷测试、拉伸疲劳-四点弯曲疲劳测 试,并在试件被拉伸/弯曲的基础上进行,即试件预有一定变形或一定载荷条件下进行中低 频拉伸/弯曲测试。
[0030] 具体地: 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行纯拉伸加载方法,直流伺服 电机n 12经由蜗轮n 16、蜗杆n 17带动精密双向滚珠丝杠将旋转运动转为拉伸夹持台121 和拉伸夹持台II 32的直线运动,进而带动安装在拉伸夹持台上的夹具130和夹具n 35,实现 对试件29的准静态拉伸加载。
[0031] 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸和拉压疲劳耦合加 载方法,在拉伸载荷加载基础上,通过压电叠堆n 11通入持续的交变电压,驱使柔性铰链 II10实现试件29拉伸方向中低频往复运动,实现拉伸和拉压疲劳加载。
[0032] 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行纯四点弯曲的加载方 法,直流伺服电机II经由蜗轮15、蜗杆16带动单向滚珠丝杠1136将旋转运动转为弯曲模块 支撑座34的直线运动,进而带动安装在弯曲模块支撑座34上的四点弯曲压头28,实现对试 件29的准静态弯曲加载。
[0033] 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行四点弯曲和弯曲疲劳耦 合加载方法,在纯四点弯曲载荷加载基础上,通过压电叠堆I 25在信号驱动电压的驱动下 驱动柔性铰链124带动力传感器126和四点弯曲压头28输出微小交变位移,完成弯曲载荷下 的低频疲劳加载。
[0034]使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸-四点弯曲耦合加 载方法,其特征在于,通过上位机控制软件同时驱动直流伺服电机n 12和直流伺服电机II 带动安装在拉伸夹持台上的夹具130和夹具1135和安装在弯曲模块支撑座34上的四点弯曲 压头28,实现对试件29的拉伸-四点弯曲耦合加载。
[0035] 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸-四点弯曲-弯曲疲 劳耦合加载方法,通过上位机控制软件驱动直流伺服电机n 12和直流伺服电机II,带动拉 伸夹具130、n 35和四点弯曲压头28,同时压电叠堆I 25在信号驱动电压的驱动下输出微小 交变位移,带动弯曲压头28做微小位移,实现拉伸-四点弯曲疲劳加载。
[0036] 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸-拉压疲劳一四点弯 曲耦合加载方法,通过上位机控制软件驱动直流伺服电机n 12和直流伺服电机II,带动拉 伸夹具130、1135和四点弯曲压头28,同时压电叠堆nil在信号驱动电压的驱动下输出微小 交变位移,带动夹具n 35做微小位移,实现拉伸疲劳-四点弯曲加载。
[0037] 使用所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸-拉压疲劳-四点弯 曲-弯曲疲劳耦合加载方法,通过上位机控制软件驱动直流伺服电机n 12和直流伺服电机I 1,带动拉伸夹具i3〇、n35和四点弯曲压头28,同时压电叠堆nil和压电叠堆I 25在信号驱 动电压的驱动下输出微小交变位移,带动夹具n 35和四点弯曲压头28做微小位移,实现拉 伸疲劳-四点弯曲疲劳加载。
[0038]在测试的整个过程中,为了实时监测被测试件在拉伸/弯曲及交变载荷作用下的 裂纹萌生、扩展、变形损伤情况,并可同时记录图像,测试前需要将试件进行研磨抛光、金 相腐蚀处理,将测试装置置于光学显微镜下进行动态监测,实现在拉伸、四点弯曲、拉伸-四点弯曲耦合加载、拉伸-疲劳耦合加载、拉伸-疲劳-四点弯曲耦合加载、拉伸-四点弯曲-疲劳耦合加载及拉伸-疲劳-四点弯曲-疲劳耦合加载模式下,对被测试材料表面微观形貌 的变化、裂纹的萌生、裂纹的扩展及损伤失效过程的演变进行原位观测。结合上位机调试软 件亦可实时获取表征材料力学性能加载持久极限、弹性模量等重要力学性能指标。
[0039]以上所述仅为本发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. 一种拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,其特征在于,包括:四点弯曲预载 荷加载单元、四点弯曲疲劳加载单元、拉伸预载荷加载单元、拉伸疲劳加载单元以及上位 机; 所述的四点弯曲预载荷加载单元包括:直流伺服电机I (1)、电机法兰盘I (2)、单向滚珠 丝杠n (36)以及位移传感器n (19),其中,直流伺服电机ia)通过电机法兰盘1(2)与测试 平台基座(33)相连,直流伺服电机1(1)的输出轴依次经由第一减速增扭单元实现减速、增 扭后与单向滚珠丝杠n (36)的丝杠转动副连接,单向滚珠丝杠n (36)上的螺母移动副上固 定连接弯曲模块支撑座(34),测试平台基座(33)上设有用于测量弯曲模块支撑座(34)位 移量的位移传感器II (19),弯曲模块支撑座(34)上刚性固定所述四点弯曲疲劳加载单元; 所述四点弯曲疲劳加载单元包括:压电叠堆I (25)、柔性铰链I (24)、力传感器I (26)和 四点弯曲压头(28);其中,压电叠堆I (25)安装于柔性铰链1(24)的凹槽内,通过预紧螺钉 进行预紧,四点弯曲压头(28)经由力传感器1(26)安装于柔性铰链1(24)的输出端处,柔性 铰链I (24)刚性固定在弯曲模块支撑座(34)上; 所述拉伸预载荷加载单元包括:直流伺服电机n (12)、电机法兰盘n (13)、精密双向滚 珠丝杠、拉伸夹持台I (21)、拉伸夹持台II (32)、夹具I (30)以及力传感器II (31),其中,直 流伺服电机n (12)通过电机法兰盘n (13)安装在测试平台基座(33)上,通过第二减速增扭 单元实现减速、增扭后与精密双向滚珠丝杠的丝杠转动副连接,精密双向滚珠丝杠上两个 螺母移动副中的一个连接拉伸夹持台I (21),另一个连接拉伸夹持台II (32),夹具I (30)通 过拉伸夹持台I (21)和拉伸夹持台n (32)安装在与测试平台基座(33)固连的直线导轨滑块 n (20)上;在夹具I (30)的端部安装有用于检测测试试件所受拉力的力传感器n (31),夹具 I (30)下方设置有随时监测拉伸量的位移传感器n (19); 所述拉伸疲劳加载单元包括:柔性铰链n (10)、压电叠堆n (11)、夹具n (35)以及位移 传感器n (19),所述压电叠堆n (id安装在柔性铰链n (1〇)内,柔性较链n (1〇)固定端通 过螺钉固定在拉伸夹持台i(2i)上,柔性铰链n (1〇)的活动端与夹具n (35)相连,夹具n (35)通过拉伸夹持台I (21)、拉伸夹持台n (32)安装在与测试平台基座(33)固连的直线导 轨滑块n (2〇)上; 所述上位机分别与直流伺服电机I (1)、位移传感器n (19)、压电叠堆I (25)、力传感器I (26)、直流伺服电机n (12)、力传感器n (31)、接触式位移传感器n (19)、以及压电叠堆n (id控制连接。
2. 根据权利要求1所述的拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,其特征在于:所 述第一减速增扭单元包括传动连接的蜗轮I (5)和蜗杆I (6);所述第二减速增扭单元包括传 动连接的蜗轮n (16)和蜗杆n (17)。
3. 根据权利要求1所述的拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,其特征在于:所 述测试平台基座(33)上设有位移传感器支座I (8),弯曲模块支撑座(34)的侧部固定连接有 L形挡板(37);所述位移传感器II (I9)安装在位移传感器支座I (8)上,用来测量L形挡板 (37)的位移量,进而得出四点弯曲压头(28)的位移量。
4. 根据权利要求1所述的拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,其特征在于:所 述的夹具I (30)、夹具II (35)均通过旋紧螺钉(38)对试件(29)进行夹紧;所述试件(29)上加 工有与旋紧螺钉(38)相配合实现试件定位的U型槽,然后在试件(29)的上部依次放置防滑 垫层、上压板,最后通过内六角螺栓实现对试件(29)的压紧。
5.—种使用如权利要求1所述拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸疲 劳-四点弯曲疲劳原位力学测试的方法,其特征在于,包括以下几个步骤: a. 进行力学测试前,首先通过直流伺服电机I (1)和直流伺服电机n (12)调整试件夹具 及四点弯曲压头(28)的位置,以便试件(29)的安装; b. 将试件(29)安装、夹紧后,将各个力传感器和位移传感器的示数清零; c. 对测试过程进行动态监测之前,调整光学显微镜镜头与试件(29)的相对位置,直至 试件(29)的中心处在光学显微镜镜头视场的中心位置; d•通过直流伺服电机I (1)和直流伺服电机n (I2)对试件(29)施加拉伸载荷或弯曲载 荷,在实现拉伸疲劳的过程中,通过压电叠堆n (11)驱使柔性铰链n (10)实现试件(29)拉 伸方向中低频往复运动,实现疲劳加载;在实现弯曲疲劳的过程中,通过压电叠堆I (25) 驱动柔性较链I (24)带动力传感器I (26)和四点弯曲压头(28)输出微小交变位移,完成弯曲 载荷下的低频疲劳加载; e •通过光学系统、CCD图像传感器米集图像信息,对材料的微观组织变形、损伤与断裂 等过程进行在线观测,并通过相应的接口电路,将图像信息传入计算机; 、 f.通过计算机中的Labview人机交互界面对实验加载条件进行设定,所述条件包括疲 劳应变幅值、频率、载荷或位移加载参数; ’ ’、 g•通过计算机将设定好的参数下发到各自的控制器中,由控制器将输出信号转换成电 信号,经控制器分别实现驱动丝杠螺母单元移动、疲劳单元加载; f •测试结束后,通过所得应力应变数据以及图像伯息对材料在拉伸疲劳_四克弯曲疲 劳复合载荷作用下的微观力学性能进行分析。 ^
6.根据权利要求5所述的力学测试方法,其特征在于,测试前将试件(29)进行研磨抛 光、金相腐蚀处理。
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