CN107036890A - 一种材料力学性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料力学性能测试装置，包括用于观察试样中间部位的显微镜和原位拉伸测试仪，原位拉伸测试仪包括驱动单元，驱动单元通过传动单元与试样拉伸单元相连，试样拉伸单元与用于测试试样拉伸拉力的负荷测试装置相连，用于测量试样变形的变形检测装置与试样拉伸单元相连，且负荷测试装置与变形检测装置均与控制器相连。由于该试验是在显微镜下进行的，因此可以通过显微镜观察试样的整个受力过程，因而该材料力学性能测试装置可以在显微成像系统下对材料的微观变形损伤进行全程动态监测，进而可以实现材料的力学性能测试和微观形貌观测的同步性。
Description
技术领域
本发明涉及力学测试技术领域，特别涉及一种材料力学性能测试装置。
背景技术
材料力学性能试验是测定材料拉伸、压缩、弯曲等特性的试验，传统的材料性能试验都是在大型试验机上进行离位测试，将材料从最初受力到最后被拉断，绘出应力-应变曲线，从而得出材料的屈服极限及强度极限，在此试验过程中未涉及到材料拉伸试验与微观形貌观察的同步进行，缺乏对材料损伤过程中材料形貌变化规律的深入研究。
因此，如何提供一种材料力学性能测试装置，可在显微成像系统下对材料发生的微观变形损伤进行全程动态监测，从而实现材料的力学性能测试和微观形貌观测的同步性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种材料力学性能测试装置，可在显微成像系统下对材料发生的微观变形损伤进行全程动态监测，从而实现材料的力学性能测试和微观形貌观测的同步性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种材料力学性能测试装置，包括用于观察试样中间部位的显微镜和原位拉伸测试仪，所述原位拉伸测试仪包括驱动单元，所述驱动单元通过传动单元与试样拉伸单元相连，所述试样拉伸单元均与用于测试试样拉伸拉力的负荷测试装置和用于测量试样变形的变检测装置相连，且所述负荷测试装置和所述变形检测装置均与控制器相连。
优选的，所述驱动单元包括减速装置，所述减速装置的一端设置有电机，所述减速装置的另一端设置有第一蜗杆。
优选的，所述传动单元包括与所述第一蜗杆配合的第一蜗轮，以及与设置在所述试样拉伸单元的第二蜗轮配合的第二蜗杆，和与设置在所述试样拉伸单元的第三蜗轮配合的第三蜗杆，且所述第一蜗轮，所述第二蜗杆与所述第三蜗杆依次间隔套设在蜗杆轴上。
优选的，所述试样拉伸单元包括与所述第二蜗轮套接的第一丝杠和与所述第三蜗轮套接的第二丝杠，且所述第一丝杠和所述第二丝杠均穿过布置在两侧且反向移动的第一横梁和第二横梁。
优选的，所述第一丝杠上依次套设有第一右旋螺母和第一左旋螺母，所述第二丝杠上依次套设有第二右旋螺母和第二左旋螺母。
优选的，所述第一横梁与所述第一右旋螺母和所述第二右旋螺母相连，所述第二横梁与所述第一左旋螺母和所述第二左旋螺母相连。
优选的，所述第一横梁和所述第二横梁上分别设置有用于夹持所述试样的第一夹具和第二夹具。
优选的，所述第一夹具和所述第二夹具的夹口相对设置，所述第一夹具和所述第二夹具内均设置有楔形夹块，且所述第一夹具和所述第二夹具距离底板的距离相等。
优选的，所述变形检测装置为光栅尺，所述光栅尺的一端与所述第一横梁固定，且所述光栅尺的另一端设置有探头，且所述探头与所述第二横梁抵接。
优选的，还包括用于支撑所述试样拉伸单元的第一支撑座和第二支撑座，且所述第一丝杠与所述第二丝杆的两端均穿设在所述第一支撑座和所述第二支撑座上。
由以上技术方案可以看出，本发明实施例所公开的材料力学性能测试装置，包括用于观察试样中间部位的显微镜和原位拉伸测试仪，原位拉伸测试仪包括驱动单元，驱动单元通过传动单元与试样拉伸单元相连，试样拉伸单元与用于测试试样拉伸拉力的负荷测试装置相连，用于测量试样变形的变形检测装置与试样拉伸单元相连，且负荷测试装置与变形检测装置均与控制器相连。当进行试验时，首先启动原位拉伸测试仪的驱动单元，驱动单元通过传动单元带动试样拉伸单元对试样进行拉伸，由于试样拉伸单元均与测量试样拉伸拉力的负荷测试装置和用于检测试样变形的变形检测装置相连，而负荷测试装置和变形检测装置又和控制器相连。因此，负荷测试装置所测量的拉力和变形测试装置所检测的变形，通过控制器传输到显示器进行应力-应变、力-位移等曲线的显示，通过曲线得出试样的力学性能，而且该试验是在显微镜下进行的，因此可以通过显微镜观察试样的整个受力过程，因而该材料力学性能测试装置可以在显微成像系统下对材料的微观变形损伤进行全程动态监测，进而可以实现材料的力学性能测试和微观形貌观测的同步性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的材料力学性能测试装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的驱动单元的结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的传动单元的结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的试样拉伸单元的结构示意图；
图5为本发明实施例所公开的试样拉伸的夹具的结构示意图；
图6为本发明实施例所公开的试样的结构示意图。
其中，各部件名称如下：
1-驱动单元，11-电机，12-减速装置，13-第一蜗杆，2-传动单元，21-第一蜗轮，22-第二蜗杆，23-第三蜗杆，24-蜗杆轴，3-负荷测试装置，4-试样拉伸单元，41-第二蜗轮，42-第三蜗轮，43-第一丝杠，431-第一右旋螺母，432-第一左旋螺母，44-第二丝杠，441-第二右旋螺母，442-第二左旋螺母，45-第一横梁，46-第二横梁，47-第一夹具，48-第二夹具，49-楔形夹块，5-光栅尺，6-底板，7-第一支撑座，8-第二支撑座。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的核心在于提供一种材料力学性能测试装置，可在显微成像系统下对材料发生的微观变形损伤进行全程动态监测，从而实现材料的力学性能测试和微观形貌观测的同步性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例所公开的材料力学性能测试装置，包括用于观察试样中间部位的显微镜和和原位拉伸测试仪，原位拉伸测试仪包括驱动单元1，驱动单元1通过传动单元2与试样拉伸单元4相连，试样拉伸单元4与用于测试试样拉伸拉力的负荷测试装置3相连，用于测量试样变形的变形检测装置与试样拉伸单元4相连，且负荷测试装置3与变形检测装置均与控制器相连。当进行试验时，首先启动原位拉伸测试仪的驱动单元1，驱动单元1通过传动单元2带动试样拉伸单元4对试样进行拉伸，由于试样拉伸单元4均与测量试样拉伸拉力的负荷测试装置3和用于检测试样变形的变形检测装置相连，而负荷测试装置3和变形检测装置又和控制器相连。因此，负荷测试装置3所测量的拉力和变形检测装置所检测的变形，通过控制器传输到显示器进行应力-应变、力-位移等曲线的显示，通过曲线得出试样的力学性能，而且该试验是在显微镜下进行的，因此可以通过显微镜观察试样的整个受力过程，因而该材料力学性能测试装置可以在显微成像系统下对材料的微观变形损伤进行全程动态监测，进而可以实现材料的力学性能测试和微观形貌观测的同步性。
需要说明的是，本发明实施例所提供的材料力学性能测试装置不仅可以测试材料的抗拉强度，还可以测试材料的压缩强度及抗弯强度等。
请参考图2，本发明实施例所公开的驱动单元可以包括减速装置12，减速装置12的一端设置有电机11，减速装置12的另一端设置有第一蜗杆13，电机11的启停可以人为手动进行启停，也可以通过控制器自动控制器其启停，当电机11启动时，通过减速装置12进行减速，带动第一蜗杆13进行旋转；当然，驱动单元也可以包括减速装置12，减速装置12的一端设置有液压马达，减速装置12的另一端设置有第一蜗杆13。
请参考图3，本发明实施例所公开的传动单元2包括与第一蜗杆13配合的第一蜗轮21，以及与设置在试样拉伸单元4的第二蜗轮41配合的第二蜗杆22，和与设置在所述试样拉伸单元4的第三蜗轮42配合的第三蜗杆23，且第一蜗轮21，第二蜗杆22与第三蜗杆23依次间隔套设在蜗杆轴24上，当然，传动单元也可以通过齿轮齿条进行动力的传递，或者通过链条进行动力的传递。
需要解释的是，第一蜗轮21与蜗杆轴24固定连接，第一蜗杆13通过第一蜗轮21带动蜗轮轴24进行转动，由于第二蜗杆22和第三蜗杆23均与蜗轮轴24进行固定连接，因而蜗轮轴24带动第二蜗杆22和第三蜗杆23进行转动，进而带动试样拉伸单元4上的第二蜗轮41和第三蜗轮42进行转动。
需要进一步解释的是，第二蜗轮22和第三蜗轮23均与试样拉伸单元4固定连接。
请参考附图4，试样拉伸单元4包括与第二蜗轮41套接的第一丝杠43和与第三蜗轮42套接的第二丝杠44，且第一丝杠43和第二丝杆44均穿过布置在两侧且反向移动的第一横梁45和第二横梁46。需要说明的是，第一丝杠43上依次设置有第一右旋螺母431和第一左旋螺母432，第二丝杠44上依次套设有第二右旋螺母441和第二左旋螺母442。
需要解释的是，与第一右旋螺母431套接的第一丝杠43的位置和与第二右旋螺母441套接的第二丝杠44的位置的螺纹的旋向相同；与第一左旋螺母432套接的第一丝杠43的位置和与第二左旋螺母442套接的第二丝杠44的位置的螺纹的旋向相同，且与第一右旋螺母431套接的第一丝杠43的位置和与第二右旋螺母441套接的第二丝杠44的位置的螺纹的旋向为反方向。
因此，当第二蜗轮41带动第一丝杠43转动，第三蜗轮42带动第二丝杠45转动时，连接第一右旋螺母431和第二右旋螺母441的第一横梁45，和连接第一左旋螺母432和第二左旋螺母442的第二横梁46向相反的方向移动，从而完成对试样的拉伸。
具体的，需要说明的是，在第一横梁45和第二横梁46上分别设置有用于夹持试样的第一夹具47和第二夹具48，第一夹具47和第二夹具48的夹口相对设置，第一夹具47和第二夹具48内均设置有楔形夹块49，且第一夹具47和第二夹具48距离底板6的距离相等。当进行试验时，将试样夹持在第一夹具47和第二夹具48内的楔形夹块49内，通过驱动电机11带动第一横梁47和第二横梁48向相反的方向拉伸，进而带动第一夹具47和第二夹具48向相反的方向移动，完成试样的力学性能试验。
需要说明的是，在第一夹具47内设置有两只楔形夹块49，在第二夹具内48设置有两只楔形夹块49，如此设置，可保证在试样被拉伸过程中楔形夹块49可在第一夹具47和第二夹具48中自适应调整位置，确保试样的对中性。
进一步的，变形检测装置可以为位移传感器，也可以为光栅尺5，这里优选变形检测装置为光栅尺5，需要说明的是，光栅尺5的一端与第一横梁45抵接，光栅尺5的另一端设置探头，探头与第二横梁47抵接，当第一横梁45和第二横梁46进行反向移动时，光栅尺5能够测量第一横梁45和第二横梁46之间的位移距离，从而转化成信号传输给控制器，控制器传输给显示器，在显示器上进行变形强度显示。
需要说明的是，本发明实施例所公开的材料力学性能测试装置包括用于支撑试样拉伸单元4的第一支撑座7和第二支撑座8，且第一丝杠43和第二丝杠44的两端均穿设在第一支撑座7和第二支撑座8上，需要解释的是，第一支撑座7和第二支撑座8均设置在底板6上，与底板6固定连接，第一支撑座7和第二支撑座8可以很好的支撑试样拉伸单元4进行材料拉伸试验。
本发明实施例所公开的材料力学性能测试装置，还包括用于显示应力-应变、力-位移等试验曲线的显示器和观察试样表面形貌的显微成像系统，控制器将试样的受力变化过程转化成信号传输到显示器上，通过显示器对试样的性能曲线进行显示，并可通过显微成像系统进一步观察试样在受力状态下试样表面形貌的变化，从微观领域探索材料变形损伤机制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种材料力学性能测试装置，其特征在于，包括用于观察试样中间部位的显微镜和原位拉伸测试仪，所述原位拉伸测试仪包括驱动单元(1)，所述驱动单元(1)通过传动单元(2)与试样拉伸单元(4)相连，所述试样拉伸单元(4)均与用于测试试样拉伸拉力的负荷测试装置(3)和用于测量试样变形的变形检测装置相连，且所述负荷测试装置(3)和所述变形检测装置均与控制器相连。
2.根据权利要求1所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述驱动单元(1)包括减速装置(12)，所述减速装置(12)的一端设置有电机(11)，所述减速装置(12)的另一端设置有第一蜗杆(13)。
3.根据权利要求2所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述传动单元(2)包括与所述第一蜗杆(13)配合的第一蜗轮(21)，以及与设置在所述试样拉伸单元(4)的第二蜗轮(41)配合的第二蜗杆(22)，和与设置在所述试样拉伸单元(4)的第三蜗轮(42)配合的第三蜗杆(23)，且所述第一蜗轮(21)，所述第二蜗杆(22)与所述第三蜗杆(23)依次间隔套设在蜗杆轴(24)上。
4.根据权利要求3所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述试样拉伸单元(4)包括与所述第二蜗轮(41)套接的第一丝杠(43)和与所述第三蜗轮(42)套接的第二丝杠(44)，且所述第一丝杠(43)和所述第二丝杠(44)均穿过布置在两侧且反向移动的第一横梁(45)和第二横梁(46)。
5.根据权利要求4所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述第一丝杠(43)上依次套设有第一右旋螺母(431)和第一左旋螺母(432)，所述第二丝杠(44)上依次套设有第二右旋螺母(441)和第二左旋螺母(442)。
6.根据权利要求5所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述第一横梁(45)与所述第一右旋螺母(431)和所述第二右旋螺母(441)相连，所述第二横梁(46)与所述第一左旋螺母(432)和所述第二左旋螺母(442)相连。
7.根据权利要求4所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述第一横梁(45)和所述第二横梁(46)上分别设置有用于夹持所述试样的第一夹具(47)和第二夹具(48)。
8.根据权利要求7所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述第一夹具(47)和所述第二夹具(48)的夹口相对设置，所述第一夹具(47)和所述第二夹具(48)内均设置有楔形夹块(49)，且所述第一夹具(47)和所述第二夹具(48)距离底板(6)的距离相等。
9.根据权利要求4所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，所述变形检测装置为光栅尺(5)，所述光栅尺(5)的一端与所述第一横梁(45)固定，且所述光栅尺(5)的另一端设置有探头，且所述探头与所述第二横梁(46)抵接。
10.根据权利要求4所述的材料力学性能测试装置，其特征在于，还包括用于支撑所述试样拉伸单元(4)的第一支撑座(7)和第二支撑座(8)，且所述第一丝杠(43)与所述第二丝杆(44)的两端均穿设在所述第一支撑座(7)和所述第二支撑座(8)上。
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| CN201710372994.3A CN107036890A (zh) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | 一种材料力学性能测试装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 130000 Silicon Valley Street 1118, Changchun High-tech Zone, Jilin Province Applicant after: SINOTEST EQUIPMENT CO.,LTD. Address before: 130000 Silicon Valley Street 1118, Changchun City, Jilin Province Applicant before: CHANGCHUN RESEARCH INSTITUTE FOR MECHANISM SCIENCE Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190429 Address after: 130000 Silicon Valley Street 1118, Changchun High-tech Zone, Jilin Province Applicant after: SINOTEST EQUIPMENT CO.,LTD. Applicant after: CHANGCHUN HUIKAI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 130000 Silicon Valley Street 1118, Changchun High-tech Zone, Jilin Province Applicant before: SINOTEST EQUIPMENT CO.,LTD. |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170811 |