拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺的製作方法
2023-11-01 14:15:27 1
拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，屬於機電領域。包括拉壓模塊、彎曲模塊、扭轉模塊、控制檢測模塊、試件裝夾模塊，測試平臺以拉壓模塊為基本功能模塊，扭轉模塊布置在拉壓模塊一端，試件裝夾模塊布置在拉壓模塊上，彎曲模塊獨立布置龍門架一側。本實用新型可作為獨立拉伸/壓縮模式或獨立彎曲模式或獨立扭轉模式材料力學性能測試裝置，即單一載荷測試模式；也可作為在給定拉伸/壓縮應力水平下的扭轉載荷的材料力學性能測試或給定拉伸/壓縮應力水平下的彎曲載荷的材料力學性能測試，即複合載荷測試模式。通過控制檢測模塊對載荷/位移信號的採集，可檢測材料在複合載荷作用下的應力應變過程。
【專利說明】拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機電領域，特別涉及一種拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺。本實用新型可作為獨立拉伸/壓縮模式或獨立彎曲模式或獨立扭轉模式材料力學性能測試裝置，即單一載荷測試模式；也可作為在給定拉伸/壓縮應力水平下的扭轉載荷的材料力學性能測試或給定拉伸/壓縮應力水平下的彎曲載荷的材料力學性能測試，即複合載荷測試模式。通過控制檢測模塊對載荷/位移信號的採集，可檢測材料在複合載荷作用下的應力應變過程。兩種複合載荷的施加方式為材料的力學性質的研究提供了新的方法。
【背景技術】
[0002]傳統的材料力學性能測試方法為拉伸法、壓縮法、扭轉法、彎曲法等，都是屬於單一載荷模式下測量材料的各種力學性能參數。測量的各種參數都是單一載荷下的結果，而與實際應用過程中零件所承受的複雜載荷不一致，進而使得結果不具有普遍說服力。而隨著現代科技的不斷發展，對機械結構的性能要求越來越高，機械結構在實際工況中受到複合載荷作用的綜合力學性能受到廣泛的關注，其載荷的施加方式和測量方法也不斷變化發展。
[0003]拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺是指試件在兩種或兩種以上載荷下，通過外接控制檢測儀器對載荷作用下的材料發生的變形、損傷直至失效破壞的過程進行動態監測的一種力學測試技術。在力學性能測試中，抗拉/彎強度、彈性模量、切變模量、屈服極限抗扭強度等參數集中反映了材料的綜合性能。複合載荷測試可以揭示材料在實際外界載荷作用下的變形損傷規律，與單一載荷測試相比，可以發現新的現象及規律，更有利於研究材料的力學行為。
[0004]目前，拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺在國內很少見，研究觀測手段尚不成熟，具體表現在:1、複合載荷施加過程中的同步性難以保證，且需要各種載荷之間的相互匹配。2、測試過程中的控制檢測儀器如各種類型傳感器、編碼器、驅動器等會受到其餘載荷的影響，測量精度難以保證。3、裝置中動力元件及傳動元件的布局會影響整體的尺寸結構，也關係到測量試件的尺寸形狀。4、裝夾試件的夾具需要考慮拉扭複合載荷的作用，同時要承受彎曲載荷，夾具設計難度較大。綜上所述，設計一個結構巧妙，測試精度高的複合載荷條件下的材料力學性能測試裝置來檢測材料綜合作用下的力學性能十分必要。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在於提供一種拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，解決了現有技術存在的上述問題。本實用新型可集成拉伸/壓縮測試、彎曲測試、扭轉測試及基於上述兩種單一載荷形式的複合載荷測試。測試裝置由拉壓模塊、彎曲模塊、扭轉模塊、控制檢測模塊、試件裝夾模塊組成。該測試裝置結構巧妙，可在複合載荷模式下測試材料的各種綜合力學性能。可實現拉壓彎扭複合載荷模式下材料及其製品的力學性能測試，拉/壓彎複合載荷測試，拉/壓扭複合載荷測試，也可實現拉壓彎扭單一載荷下力學性能測試。
[0006]本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現:
[0007]拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，包括拉壓模塊、彎曲模塊、扭轉模塊、控制檢測模塊、試件裝夾模塊，測試平臺以拉壓模塊為基本功能模塊，扭轉模塊布置在拉壓模塊一端，其功能可與拉壓模塊功能相互獨立或關聯，試件裝夾模塊布置在拉壓模塊上，彎曲模塊獨立布置在測試平臺上龍門架2 —側，功能與拉壓模塊相互獨立，控制檢測模塊分布在各個功能模塊上；
[0008]所述拉壓模塊是:直流電機4帶動蝸杆I 8轉動，蝸杆I 8帶動蝸輪I 7轉動，蝸杆II 10帶動蝸輪II 12轉動，輸出動力使雙向滾珠絲槓11轉動，布置在直線滾動導軌I 22上的兩端支撐座相離或相向運動，實現對試件的拉伸或壓縮；光電編碼器3控制直流電機4的轉速大小和方向，支撐蝸杆軸II 33的圓錐滾子軸承I 9承受蝸杆所受軸向力，雙向滾珠絲槓11使試件進行雙向拉壓，保證試件所受載荷均勻對稱；
[0009]所述彎曲模塊是:步進電機II 23通過電機法蘭III 24、撓性聯軸器I 25與滾珠絲槓27連接，絲槓螺母I 28帶動安裝在導軌II 34上的支撐座IV 35上下移動，壓頭31下移實現對試件的彎曲載荷，步進電機驅動器控制步進電機II 23轉速的大小和方向；
[0010]所述扭轉模塊是:步進電機I 17帶動齒輪II 19轉動，齒輪I 18與齒輪II 19嚙合，齒輪I 18安裝在軸43上，撓性聯軸器III 42連接軸43和扭矩傳感器47，撓性聯軸器II 40連接扭矩傳感器47和夾具固定軸I 50，扭矩傳感器47固定在傳感器固定座41上，夾具固定軸I 50通過法蘭軸承1、II 58,59安裝在支撐座VI 48上，夾具下壓板I 51與夾具固定軸I 50通過螺栓連接在一起；
[0011]所述控制檢測模塊包括拉壓力傳感器15、壓力傳感器30、扭矩傳感器47、直線光柵尺37、圓光柵49、光電編碼器3和步進電機驅動器，拉壓力傳感器15通過螺栓一端與支撐座I 14連接，另一端與夾具支撐座16連接，夾具支撐座16布置在支撐導軌54上，試件受到扭轉載荷時夾具支撐座將扭轉載荷傳遞到支撐導軌54上，從而避免拉壓力傳感器15受到扭轉載荷的影響；扭矩傳感器47兩端通過撓性聯軸器II JII 40,42分別與軸43和夾具固定軸I 50連接，支撐座VI 48內部安裝有法蘭軸承1、II 58、59，承受軸向載荷，避免拉伸載荷對扭矩傳感器47的影響；
[0012]所述試件裝夾模塊包括夾具下壓板1、II 51、53和夾具上壓板52，夾具下壓板51通過螺釘固定在夾具軸50上，夾具下壓板53通過螺釘固定在夾具支撐座16上，夾具上、下壓板通過螺栓連接，實現對試件的夾持。
[0013]所述的拉壓力傳感器15設置在直線滾動導軌22上的夾具支撐座16與支撐座
I14之間，通過螺釘連接，夾具支撐座16通過螺釘固定在支撐導軌54上，支撐導軌54通過螺釘固定在支撐座I 14上。
[0014]所述的圓光柵49套在與扭矩傳感器47連接的夾具固定軸I 50上，且咬合式夾具與夾具固定軸I 50通過螺釘連接，圓光柵49測定扭轉角位移。
[0015]所述的壓力傳感器30 —端與壓頭31連接，另一端通過螺釘與支撐座IV 35連接，壓頭31對試件施加彎曲力，彎曲力的大小通過壓力傳感器30測得。[0016]所述的咬合式夾具由一對咬合式的夾具上、下壓板組成，夾具下壓板分別與夾具固定軸I 50及夾具支撐座16通過方形槽固定，並通過夾具體連接螺釘進行連接，被測試件為圓柱體迴轉結構，通過帶有鋸齒狀結構的咬合式夾具上、下壓板以壓緊方式夾持。
[0017]所述的雙向滾珠絲槓11為左右旋雙向絲槓，拉伸過程中左右拉伸工作檯對稱拉伸，試樣中心目標測點位置固定不變。
[0018]所述的拉壓力傳感器15為精密S型傳感器。
[0019]所述的彎曲力傳感器30為精密S型傳感器。
[0020]本實用新型的有益效果在於:
[0021]1.本實用新型構思新穎，整體結構緊湊，採用三個電機作為三個模塊的動力源，拉壓彎扭三種載荷分別由三種獨立模塊施加，三個模塊之間既有聯繫又避免了相互之間的幹擾，可以最大程度上模擬材料的複合載荷下的受力模式。採用龍門作為固定支架，充分利用了測試裝置的空間。
[0022]2.本實用新型的三個動力源可以通過光電編碼器或驅動器進行輸出轉速和轉矩的調節，可以在實驗過程中控制載荷大小及不同載荷的比例，可以對材料及其製品在單一載荷下進行力學性能測試，亦可在拉彎、拉扭等複合載荷下進行力學性能測試。
[0023]3.本實用新型傳感器布局巧妙，拉壓力傳感器布置在支撐導軌54的上部，可以避免扭轉載荷對其拉伸力測量的影響，扭矩傳感器與夾具之間安裝一對法蘭軸承，可以避免拉壓載荷對其轉矩測量的影響。
[0024]4.本實用新型夾具設計巧妙，採用咬合式上下壓板的形式，上下壓板通過螺栓連接，帶有鋸齒狀的上下壓板可以充分保證夾持試件的穩定性，左右兩個夾具的連接部分設計不同，拉伸部分採用方形連接，扭轉部分採用圓柱形連接，充分保證了試件承受載荷的準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。
[0026]圖1為本實用新型的整體外觀結構示意圖；
[0027]圖2為本實用新型的左視示意圖；
[0028]圖3為本實用新型的後視示意圖；
[0029]圖4為本實用新型拉壓模塊中壓力檢測部分的局部放大示意圖；
[0030]圖5為本實用新型扭轉模塊中位移檢測部分的局部放大示意圖；
[0031]圖6為本實用新型扭轉模塊的局部放大示意圖；
[0032]圖7為本實用新型試件裝夾模塊的局部放大示意圖。
[0033]圖中:1.基座；2.龍門架；3.光電編碼器；4.直流電機；5.電機底座；6.電機法蘭I ;7.蝸輪I ;8.蝸杆I ;9.圓錐滾子軸承I ;10.蝸杆II ；11.雙向滾珠絲槓；12.蝸輪II ；13.絲槓固定座I ;14.支撐座I ;15.拉壓力傳感器；16.夾具支撐座；17.步進電機I ;18.齒輪I ;19.齒輪II ；20.電機法蘭II ；21.支撐座II ；22.導軌I ;23.步進電機II ；24.電機法蘭III;25.撓性聯軸器I ;26.絲槓固定座II ；27.滾珠絲槓；28.絲槓螺母；29.支撐座III ；30.壓力傳感器；31.壓頭；32.蝸杆軸I ;33.蝸杆軸II ；34.導軌II ；35.支撐座IV ；36.光柵固定片；37.直線光柵尺；38.光柵讀數頭；39.光柵固定座；40.撓性聯軸器II ；41.傳感器固定座；42.撓性聯軸器III ；43.軸；44.固定螺母I ;45.支撐座V ；46.電機法蘭IV ；47.扭矩傳感器；48.支撐座VI ；49.圓光柵；50.夾具固定軸I ;51.夾具下壓板
I；52.夾具上壓板；53.夾具下壓板II ；54.支撐導軌；55.夾具固定軸II ；56.固定螺母
II；57.圓錐滾子軸承II ；58.法蘭軸承I ;59.法蘭軸承II ；60.圓光柵讀數頭。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖進一步說明本實用新型的詳細內容及其【具體實施方式】。
[0035]參見圖1至圖5所示，本實用新型的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，包括拉壓模塊、彎曲模塊、扭轉模塊、控制檢測模塊、試件裝夾模塊；測試平臺以拉壓模塊為基本功能模塊，扭轉模塊布置在拉壓模塊一端，其功能可與拉壓模塊功能相互獨立或關聯，試件裝夾模塊布置在拉壓模塊上，彎曲模塊獨立布置在測試平臺上龍門架一側，功能與拉壓模塊相互獨立，控制檢測模塊分布在各個功能模塊上。
[0036]所述拉壓模塊是:固定在電機底座5上的直流電機4帶動蝸杆I 8轉動，蝸杆I 8帶動蝸輪I 7轉動，蝸杆II 10帶動蝸輪II 12轉動，輸出動力使安裝在絲槓固定座I 13上的雙向滾珠絲槓11轉動，帶動布置在直線滾動導軌I 22上的兩端支撐座相離或相向運動，實現對試件的拉伸或壓縮，光電編碼器3監控直流電機4的轉速大小和方向，支撐蝸杆軸II 33的圓錐滾子軸承1、II 9、57承受蝸杆所受軸向力，雙向滾珠絲槓11使試件進行雙向拉壓，保證試件所受載荷均勻對稱；
[0037]所述彎曲模塊布置在龍門架2上，步進電機II 23通過電機法蘭III 24、撓性聯軸器
I25、絲槓固定座II 26與滾珠絲槓27連接，絲槓螺母28帶動安裝在導軌II 34上的支撐座IV 35上下移動，壓頭31下移實現對試件的彎曲載荷，步進電機驅動器控制步進電機II 23轉速的大小和方向；
[0038]所述扭轉模塊是步進電機I 17安裝在電機法蘭IV 46上，通過撓性聯軸器帶動齒輪II 19轉動，齒輪II 19通過固定螺母I 44在支撐座V 45上軸向定位，齒輪I 18與齒輪
II19嚙合，齒輪I 18安裝在軸43上，軸43通過電機法蘭II 20，撓性聯軸器III42連接軸43和扭矩傳感器47，撓性聯軸器II 40連接扭矩傳感器47和夾具固定軸I 50，扭矩傳感器47固定在傳感器固定座41上，夾具固定軸I 50通過法蘭軸承I 58、II 59安裝在支撐座VI 48上，夾具下壓板I 51與夾具固定軸I 50通過螺栓連接在一起，夾具；
[0039]所述控制檢測模塊包括拉壓力傳感器15、壓力傳感器30、扭矩傳感器47、直線光柵尺37、圓光柵49、光電編碼器3和步進電機驅動器，拉壓力傳感器15通過螺栓一端與支撐座I 14連接，另一端與夾具支撐座16連接，夾具支撐座16布置在支撐導軌54上，試件受到扭轉載荷時夾具支撐座將扭轉載荷傳遞到支撐導軌54上，從而避免拉壓力傳感器15受到扭轉載荷的影響；扭矩傳感器47兩端通過撓性聯軸器III 42、II 40分別與軸43和夾具固定軸I 50連接，支撐座VI 48內部安裝有法蘭軸承I 58、II 59，承受軸向載荷，避免拉伸載荷對扭矩傳感器47的影響；直線光柵尺37與光柵固定片36連接，安裝在光柵固定座39上；
[0040]所述試件裝夾模塊包括夾具下壓板51、53和夾具上壓板52，夾具下壓板51通過螺釘固定在夾具夾具軸I上，夾具下壓板53通過螺釘固定在夾具支撐座16上的方形槽內與夾具固定軸II 55連接，夾具上、下壓板通過螺栓連接，被測試件為圓柱體迴轉結構，通過帶有鋸齒狀結構的咬合式夾具上、下壓板以壓緊方式夾持；
[0041]所述的拉壓力傳感器15設置在直線滾動導軌22上的夾具支撐座16與支撐座I之間，通過固定螺母II 56連接，夾具支撐座16通過螺釘固定在支撐導軌54上，支撐導軌54通過螺釘固定在支撐座I 14上；
[0042]所述的圓光柵49套在與扭矩傳感器47連接的夾具固定軸I 50上，且咬合式夾具與夾具固定軸I 50通過螺釘連接，圓光柵49測定扭轉角位移；
[0043]所述的壓力傳感器30 —端與壓頭31連接，另一端通過螺釘與支撐座IV 35連接，壓頭31對試件施加彎曲力，彎曲力的大小通過壓力傳感器30測得；
[0044]所述的雙向滾珠絲槓11為左右旋雙向絲槓，拉伸過程中左右拉伸工作檯對稱拉伸，試樣中心目標測點位置固定不變，為定點施加彎曲橫向力提供有利條件；
[0045]所述的拉壓力傳感器15和彎曲力傳感器30為精密S型傳感器。
[0046]參見圖1至圖7所示，本實用新型的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺所能實現的拉彎複合載荷加載功能涉及功能模塊包括直流電機4、兩級較大減速比二次包絡型蝸輪蝸杆副及精密滾珠絲槓螺母副構成；該兩級較大減速比二次包絡型蝸輪蝸杆副由一級蝸輪蝸杆、二級蝸輪蝸杆構成；該直流電機4通過電機法蘭6固定在基座I上，並通過撓性聯軸器與一級蝸杆連接；該二級蝸輪通過彈性聯軸器與精密滾珠絲槓連接；步進電機23、撓性聯軸器及精密滾珠絲槓27構成；步進電機23通過電機法蘭24固定在龍門架2上，並通過撓性聯軸器與滾珠絲槓27連接。
[0047]拉扭複合載荷加載功能涉及功能模塊包括直流電機4、兩級較大減速比二次包絡型蝸輪蝸杆副及滾珠絲槓構成；該兩級較大減速比二次包絡型蝸輪蝸杆副由一級蝸輪蝸杆、二級蝸輪蝸杆構成；該直流電機4通過電機法蘭I 6固定在基座I上，並通過撓性聯軸器與一級蝸杆連接；該二級蝸輪套在滾珠絲槓11端部；步進電機、撓性聯軸器及一級減速直齒圓柱齒輪副構成；步進電機通過電機法蘭20 II固定在基座I上，並通過撓性聯軸器與安裝齒輪18 I的軸連接。
[0048]參見圖1至圖7，本實用新型涉及的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺所涉及到的元器件具體型號為:直流電機4為直流無刷電機、型號為57ZW24-500，步進電機I 17型號為TDA221，步進電機II 23型號為TDA103，導軌I 22型號為2SRS20M，導軌II 34和支撐導軌54型號為SHW12CRM。
[0049]本實用新型的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，包括拉伸模塊、彎曲模塊、扭轉模塊三個功能模塊及控制檢測模塊。
[0050]所述拉壓模塊實施方式是通過拉壓直流電機4通過撓性聯軸器帶動蝸杆軸I 32轉動，蝸杆I 8固定在蝸杆軸I 32上，蝸杆I 8帶動蝸輪I 7轉動，蝸輪I 7與蝸杆II 10固定在蝸杆軸II 33上，蝸杆II 10帶動與其嚙合的蝸輪II 12轉動，蝸輪II 12固定在雙向滾珠絲槓11端部，雙向滾珠絲槓11帶動布置在一對導軌上的支撐座相向或相離運動，實現對試件的壓縮或拉伸。光電編碼器3可以對拉壓直流電機4進行轉速大小和方向的控制，光電編碼器3可以對拉壓直流電機4進行轉速大小和方向的控制，雙向滾珠絲槓11可以保證試件的雙向拉伸，使試件所受載荷均勻對稱。[0051]所述彎曲模塊是步進電機II 23通過撓性聯軸器III 24與滾珠絲槓27連接，絲槓螺母28帶動安裝在導軌34 II上的支撐座IV 35移動，壓頭31下移對試件施加彎曲載荷，步進電機驅動器可以控制步進電機II 23轉速的大小和方向。
[0052]所述扭轉模塊是步進電機I 17通過撓性聯軸器帶動齒輪II 19轉動，與其嚙合的齒輪I 18轉動，齒輪I 18安裝在齒輪軸43上，撓性聯軸器III 42連接齒輪軸43和扭矩傳感器47，撓性聯軸器II 40連接扭矩傳感器47和法蘭軸承I 58，法蘭軸承I 58和法蘭軸承
II59安裝在夾具固定軸I 50上，夾具下壓板I 51和夾具上壓板52與夾具固定軸I 50通過螺栓連接在一起，進而實現對試件的扭轉。
[0053]所述控制檢測模塊包括拉壓力傳感器15、彎曲力傳感器30、扭矩傳感器47、直線光柵尺37、圓光柵49、光電編碼器3和步進電機驅動器。拉壓力傳感器15通過螺栓一端與支撐座I 14連接，另一端與夾具支撐座16連接，夾具支撐座16布置在支撐導軌54上，試件受到扭轉載荷時夾具支撐座將扭轉載荷傳遞到支撐導軌54上，從而避免拉壓力傳感器15受到扭轉載荷的影響。彎曲力傳感器30 —端與壓頭31連接，另一端通過螺釘與彎曲支撐座IV 35連接，壓頭31對試件施加彎曲力同時將力傳遞到彎曲力傳感器30上，從而準確測量彎曲力的大小。扭矩傳感器47兩端通過撓性聯軸器II1、II 42、40分別與齒輪I 18和夾具固定軸I 50連接，支撐座VI 48內部安裝有一對法蘭軸承I 58、II 59，可以承受軸向載荷，避免拉伸載荷對扭矩傳感器47的影響。
[0054]所述的雙向滾珠絲槓11為左右旋雙向絲槓，拉伸過程中左右拉伸工作檯對稱拉伸，試樣中心目標測點位置固定不變，為定點施加彎曲橫向力提供有利條件。
[0055]所述的拉壓力傳感器15和彎曲力傳感器30為精密S型傳感器。
[0056]本實用新型的工作過程:
[0057]在單一軸向拉伸載荷作用下:首先將上述小型圓柱形試件放置在兩個咬合式夾具下壓板I 51、II 53鋸齒結構上，轉動雙向滾珠絲槓11調節試件初始位置，使試件兩頭夾持部分長度合適。將相應的上壓板用螺栓安裝到相應位置，保證試件安裝軸線與實驗拉伸方向平行，調整螺栓，對試件壓緊。光電編碼器3和拉壓直流電機4組成驅動單元，通過向光電編碼器3輸入脈衝信號，控制拉壓直流電機4轉速及方向。兩級蝸輪蝸杆副將運動傳遞給雙向滾珠絲槓11，同時實現減速增扭，雙向滾珠絲槓11轉動通過兩個螺母帶動支撐座I 14向相反方向移動。拉伸過程中，固定在支撐座II 21上的直線光柵尺讀數頭38和固定在基座I上的光柵尺37採集位移信號送入計算機中進行處理，位於支撐座I 14和夾具支撐座16之間的拉壓力傳感器15採集載荷信號送入計算機進行處理。經過軟體系統處理的數據顯示為表徵材料力學性能的應力應變曲線，進而獲得材料各項力學參數。
[0058]在單一扭轉載荷作用下:同上所述，將小型圓柱形試件進行裝夾，其初始位置應使試件與夾具固定軸I 50同軸。將脈衝信號送入步進電機驅動器，控制步進電機I 17速度及方向。一對由齒輪I 18、II 19構成的齒輪副將運動傳遞給軸43，軸43通過聯軸器III 42將運動傳遞給扭矩傳感器47，扭矩傳感器47通過聯軸器II 40將運動傳遞給夾具固定軸I 50，夾具固定軸I 50帶動安裝在其上的咬合式夾具轉動，實現對試件一端的扭轉，試件另一端夾具體則固定在支撐座I 14上不轉動。扭轉實驗中，安裝在夾具固定軸I 50上的圓光柵49和固定在支撐座上的圓光柵讀頭61採集試件扭轉角位移信號並送入計算機，通過傳感器固定座41固定在支撐座上的扭矩傳感器47採集試件扭矩信號並送入計算機。通過計算機軟體系統對送入角位移和扭矩信號的處理，得到該材料在扭轉載荷下的材料力學參數。
[0059]在單一彎曲載荷作用下:同上所述，將小型圓柱試件進行裝夾，其初始位置應使試件中點位於壓頭31的壓入點。將脈衝信號送入步進電機驅動器，控制步進電機II 23速度及方向，其電機輸出軸通過聯軸器I 25與滾珠絲槓27相連，滾珠絲槓27通過螺母28帶動支撐座III 29實現垂直方向的運動，壓力傳感器30 —端通過螺釘固定在支撐座III 29上，另一端通過螺釘與壓頭31相連，彎曲力通過壓頭31施加在試件上。彎曲實驗時，先驅動壓頭下降至與試件接觸狀態，此時通過驅動器記錄脈衝數，置為開始狀態，對試件進行彎曲載荷施加時，壓力傳感器30將採集到的彎曲力信號送回計算機，利用計算機軟體系統對採集信號進行處理，得到相關材料力學性能參數。
[0060]在拉扭不同比例加載工作模式下:同上所述，首先將小型圓柱形試件進行裝夾，使其初始位置應使試件與夾具固定軸I 50同軸。通過光電編碼器3和扭轉步進電機驅動器控制兩電機轉速，實現拉扭載荷同時作用，通過直線光柵尺和圓光柵系統採集試件拉伸位移及扭轉角位移信號送入計算機，通過拉壓力傳感器15和扭矩傳感器47採集試件拉應力與扭轉力矩信號送入計算機。計算機軟體系統對採集到的數據進行處理，分析獲得試件在此組合模式下的力學性能參數。
[0061]在拉彎不同比例加載工作模式下:同上所述，首先將小型圓柱形試件進行裝夾，使其初始位置應使試件中點位於壓頭31的壓入點。通過光電編碼器3和彎曲步進電機驅動器控制兩電機轉速實現拉彎載荷同時作用。在驅動光電編碼器3前，應先通過控制彎曲步進電機驅動器驅動壓頭31下降至與試件接觸狀態，即為拉彎實驗開始狀態，此時驅動光電編碼器3，實現對試件拉力和彎曲力的同時作用，通過直線光柵尺系統將試件拉伸位移信號送入計算機，通過拉壓力傳感器15和壓力傳感器30採集試件拉力和彎曲力信號送入計算機。計算機軟體系統對採集到的數據進行處理，分析獲得材料在此組合模式下的力學性能參數。
[0062]以上所述僅為本實用新型的優選實例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡對本實用新型所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:包括拉壓模塊、彎曲模塊、扭轉模塊、控制檢測模塊、試件裝夾模塊，測試平臺以拉壓模塊為基本功能模塊，扭轉模塊布置在拉壓模塊一端，其功能可與拉壓模塊功能相互獨立或關聯，試件裝夾模塊布置在拉壓模塊上，彎曲模塊獨立布置在測試平臺上龍門架(2 ) —側，功能與拉壓模塊相互獨立，控制檢測模塊分布在各個功能模塊上；所述拉壓模塊是:直流電機(4)帶動蝸杆I (8)轉動，蝸杆I (8)帶動蝸輪I (7)轉動，蝸杆II (10)帶動蝸輪II (12)轉動，輸出動力使雙向滾珠絲槓(11)轉動，布置在直線滾動導軌I (22)上的兩端支撐座相離或相向運動，實現對試件的拉伸或壓縮；光電編碼器(3)控制直流電機(4)的轉速大小和方向，支撐蝸杆軸II (33)的圓錐滾子軸承I (9)承受蝸杆所受軸向力，雙向滾珠絲槓(11)使試件進行雙向拉壓，保證試件所受載荷均勻對稱；所述彎曲模塊是:步進電機II (23)通過電機法蘭111(24)、撓性聯軸器I (25)與滾珠絲槓(27)連接，絲槓螺母I (28)帶動安裝在導軌II (34)上的支撐座IV(35)上下移動，壓頭(31)下移實現對試件的彎曲載荷，步進電機驅動器控制步進電機II (23)轉速的大小和方向；所述扭轉模塊是:步進電機I (17)帶動齒輪II (19)轉動，齒輪I (18)與齒輪II (19)嚙合，齒輪I (18)安裝在軸(43)上，撓性聯軸器III (42)連接軸(43)和扭矩傳感器(47)，撓性聯軸器II (40)連接扭矩傳感器(47)和夾具固定軸I (50)，扭矩傳感器(47)固定在傳感器固定座(41)上，夾具固定軸I (50)通過法蘭軸承1、II (58、59)安裝在支撐座VI(48)上，夾具下壓板I (51)與夾具固定軸I (50)通過螺栓連接在一起；所述控制檢測模塊包括拉壓力傳感器(15)、壓力傳感器(30)、扭矩傳感器(47)、直線光柵尺(37)、圓光柵(49)、光電編碼器(3)和步進電機驅動器，拉壓力傳感器(15)通過螺栓一端與支撐座I (14)連接，另一端與夾具支撐座(16)連接，夾具支撐座(16)布置在支撐導軌(54)上，試件受到扭轉載荷時夾具支撐座將扭轉載荷傳遞到支撐導軌(54)上，從而避免拉壓力傳感器(15)受到`扭轉載荷的影響；扭矩傳感器(47)兩端通過撓性聯軸器I1、III(40、42)分別與軸(43)和夾具固定軸I (50)連接，支撐座VI (48)內部安裝有法蘭軸承1、Π(58、59)，承受軸向載荷，避免拉伸載荷對扭矩傳感器(47)的影響；所述試件裝夾模塊包括夾具下壓板1、II (51,53)和夾具上壓板(52)，夾具下壓板(51)通過螺釘固定在夾具軸(50)上，夾具下壓板(53)通過螺釘固定在夾具支撐座(16)上，夾具上、下壓板通過螺栓連接，實現對試件的夾持。
2.根據權利要求1所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的拉壓力傳感器(15)設置在直線滾動導軌(22)上的夾具支撐座(16)與支撐座I (14)之間，通過螺釘連接，夾具支撐座(16)通過螺釘固定在支撐導軌(54)上，支撐導軌(54)通過螺釘固定在支撐座I (14)上。
3.根據權利要求1所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的圓光柵(49)套在與扭矩傳感器(47)連接的夾具固定軸I (50)上，且咬合式夾具與夾具固定軸I (50)通過螺釘連接，圓光柵(49)測定扭轉角位移。
4.根據權利要求1所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的壓力傳感器(30) —端與壓頭(31)連接，另一端通過螺釘與支撐座IV(35)連接，壓頭(31)對試件施加彎曲力，彎曲力的大小通過壓力傳感器(30)測得。
5.根據權利要求3所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的咬合式夾具由一對咬合式的夾具上、下壓板組成，夾具下壓板分別與夾具固定軸I (50)及夾具支撐座(16)通過方形槽固定，並通過夾具體連接螺釘進行連接，被測試件為圓柱體迴轉結構，通過帶有鋸齒狀結構的咬合式夾具上、下壓板以壓緊方式夾持。
6.根據權利要求1所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的雙向滾珠絲槓(11)為左右旋雙向絲槓，拉伸過程中左右拉伸工作檯對稱拉伸，試樣中心目標測點位置固定不變。
7.根據權利要求1或2所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的拉壓力傳感器(15)為精密S型傳感器。
8.根據權利要求1或4所述的拉伸-彎曲-扭轉多載荷下的材料微觀力學性能測試平臺，其特徵在於:所述的彎曲力 傳感器(30)為精密S型傳感器。
【文檔編號】G01N3/00GK203405370SQ201320461089
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】趙宏偉, 楊柳青, 孔祥飛, 趙丹, 吳鵬輝 申請人:吉林大學