CN109556944B - 一种高通量力学试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高通量力学试验装置，包括带有分载孔的圆柱形分载盘，对中装置，独立的载荷补偿装置和基座。开展高通量力学实验时，圆柱形的分载盘通过对中装置与试验机作动器相连接，将试验机载荷一分为多，同时对多个试样进行加载；多套载荷补偿装置环形分布固定于基座上，连接多个力学试样；试验中，力传感器和驱动电机通过闭环控制，对每个力学试样的载荷进行微调，从而实现精确加载。本发明能够在原有的力学试验机的基础上进行改装，充分利用原有试验机的加载能力和控制能力，配合高温炉等设备，实现室温及高温下的高通量力学实验。

Description

一种高通量力学试验装置
技术领域
本发明是一种高通量力学试验装置，属于力学试验技术领域。
背景技术
高通量测试技术是指一次可对多个样品进行测试的技术。高通量研究逐渐发展的背景下，高通量力学测试的需求也逐渐增加，对相同的环境条件下同时进行多个试样进行力学试验的需求不断上升。一台力学实验机试验机，如万能试验机、持久试验机或液压伺服疲劳试验机等，只能对一根标准试样的试验，无法同时对多个试样进行平行的力学实验。将单个载荷分给多个试样加载时，存在以下难点：
1、由于机械加工偏差可能造成每个加载通道内的载荷大小不一致，或无法达到预设载荷；
2、当多个试样中的某个试样接近断裂时，系统刚度下降，该加载单元内载荷数值会下降。这不仅会影响试验的准确度，而且会影响整个多试样加载系统的载荷分布。
因此有必要开发一种高通量力学试验装置，使之能够对单轴试验机进行适当改装之后即可进行高通量力学实验，并且能够准确地对载荷进行补偿，验证高通量技术。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种高通量力学试验装置，其目的是在现有单轴力学试验机上，将载荷分给多个力学试样，实现高通量加载，成倍提升力学试验效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
该种高通量力学试验装置，其特征在于：该试验装置包括圆柱状的分载盘1，在分载盘1下部安装一套对中装置2，对中装置2的底部与力学试验机的作动器连接，在分载盘1上沿圆周均匀分布有分载孔3，分载孔3为带螺纹的盲孔；
在分载盘1的上方安装有多个载荷补偿装置，载荷补偿装置的个数与分载孔3相同并对应安装在分载孔3中，载荷补偿装置包括一个与分载孔3连接的力传感器4，力传感器4与连杆5的一端连接，连杆5的另一端连接力学试样的配套夹具6的一端，配套夹具6的另一端通过另一根连杆5连接丝杠7；
圆柱状的基座8固定安装在力学试验机的模梁上，基座8上加工有与丝杠7个数相同及位置相对应的通孔，丝杠7的上端穿过该通孔并通过螺纹套装一个加载齿轮9，每个加载齿轮9连接一个独立的驱动电机，驱动电机带动加载齿轮9旋转并带动丝杠7上、下移动以调节加载到力学试样上的载荷大小。
力传感器4在载荷补偿过程中时时监控并反馈该载荷数值，当达到设定值时，发出指令，载荷补偿停止。力传感器4与驱动电机呈闭环控制，实现精确的载荷补偿。
与现有技术相比，本发明有具有如下有益技术效果：
一、本发明高通量力学实验装置，可在原单轴力学试验机的基础上进行改装。在充分利用原试验机加载能力和控制能力的同时，可将原试验机的载荷一份为多，实现对多个试样同时进行试验的高通量加载，成倍提升力学试验效率；
二、每套试验系统中配有独立的载荷补偿装置，通过闭环控制精确地对每个试样的载荷进行补偿与微调，保证实验数据的准确性。
附图说明
图1为本发明装置与加热炉组合在一起的结构示意图
图2为本发明装置的结构示意图
图3为本发明装置中单个载荷补偿装置的结构示意图
图4为本发明装置中基座与载荷补偿装置连接的结构示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1～4所示，本实施例所述的高通量力学试验装置包括圆柱状的分载盘1，在分载盘1下部安装一套对中装置2，对中装置2的底部与力学试验机的作动器连接，在分载盘1上沿圆周均匀分布有六个分载孔3，六个分载孔3为带螺纹的盲孔；
在分载盘1的上方安装有六个载荷补偿装置，载荷补偿装置分别安装在六个分载孔3中，载荷补偿装置包括一个与分载孔3连接的力传感器4，力传感器4与连杆5的一端连接，连杆5的另一端连接力学试样的配套夹具6的一端，配套夹具6的另一端通过另一根连杆5连接丝杠7；
圆柱状的基座8固定安装在力学试验机的模梁上，基座8上加工有六个丝杠7位置相对应的通孔，丝杠7的上端穿过该通孔并通过螺纹套装一个加载齿轮9，每个加载齿轮9连接一个独立的驱动电机，驱动电机带动加载齿轮9旋转并带动丝杠7上、下移动以调节加载到力学试样上的载荷大小。
开展高通量力学实验时，配套的加热炉10外观为圆柱形，通过钢绳连接力学试验机横梁，实现高低位移。加热炉10顶端和底端设置有六个圆孔与六个载荷补偿装置中的连杆相对应，实现与六个载荷补偿装置的组合并供试样进出。试样装入力学试验夹具6内，其下端通过连杆5连接至力传感器4，其上端通过另一个连杆5和丝杠7连接，并可通过丝杠7进行载荷补偿。
本发明装置可进行多种轴向加载力学实验，试样包括圆柱螺纹式样，台阶试样，紧凑拉伸试样。当某一个试样出现软化，裂纹扩展时，对应的载荷补偿装置能够进行独立的载荷补偿，实现载荷大小的控制。当出现一根或多根试样将要发生破断或完全断裂时，相对应的载荷补偿装置能够避免载荷试样应力波动。
使用本发明装置进行拉伸试验时，试样装入配套夹具6内后需同时连接高温引伸计。
使用本发明装置进行高通量断裂韧性时，配套夹具6为U型夹具，试样为紧凑拉伸试样，使用裂纹尖端位移传感器，即可实现精确的裂纹尖端位移控制断裂韧性测试。

Claims (1)

1.一种高通量力学试验装置，其特征在于：该试验装置包括圆柱状的分载盘(1)，在分载盘(1)下部安装一套对中装置(2)，对中装置(2)的底部与力学试验机的作动器连接，在分载盘(1)上沿圆周均匀分布有分载孔(3)，分载孔(3)为带螺纹的盲孔；
在分载盘(1)的上方安装有多个载荷补偿装置，载荷补偿装置的个数与分载孔(3)相同并对应安装在分载孔(3)中，载荷补偿装置包括一个与分载孔(3)连接的力传感器(4)，力传感器(4)与连杆(5)的一端连接，连杆(5)的另一端连接力学试样的配套夹具(6)的一端，配套夹具(6)的另一端通过另一根连杆(5)连接丝杠(7)，当某一个试样出现软化，裂纹扩展时，对应的载荷补偿装置能够进行独立的载荷补偿，实现载荷大小的控制，当出现一根或多根试样将要发生破断或完全断裂时，相对应的载荷补偿装置能够避免载荷试样应力波动；
圆柱状的基座(8)固定安装在力学试验机的模梁上，基座(8)上加工有与丝杠(7)个数相同及位置相对应的通孔，丝杠(7)的上端穿过该通孔并通过螺纹套装一个加载齿轮(9)，每个加载齿轮(9)连接一个独立的驱动电机，驱动电机带动加载齿轮(9)旋转并带动丝杠(7)上、下移动以调节加载到力学试样上的载荷大小。
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