專利名稱：小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種多載荷模式下的材料力學(xué)性能測(cè)試裝置，尤指一種用于特征尺寸在厘米級(jí)以上的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的測(cè)試材料力學(xué)性能的測(cè)試方法主要有拉伸法、壓縮法、扭轉(zhuǎn)法、彎曲法等，并且所用的測(cè)試裝置在外形尺寸上都比較大，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化試樣施加對(duì)應(yīng)的載荷獲得所測(cè)材料的各種力學(xué)性能參數(shù)。然而隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展，人們對(duì)現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能要求越來越高，針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際應(yīng)用狀況，機(jī)械結(jié)構(gòu)在隨機(jī)組合載荷作用下的綜合力學(xué)性能越來越受到人們的重視。很顯然運(yùn)用傳統(tǒng)的測(cè)試儀器在單獨(dú)載荷作用下測(cè)出的材料性能指標(biāo)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)對(duì)材料力學(xué)性能的要求。而從實(shí)現(xiàn)復(fù)合載荷的形式上來分一種是通過設(shè)計(jì)特殊形狀的試件或夾具并通過力的合成與分解原理來實(shí)現(xiàn)多種載荷形式的疊加與解稱，但這種復(fù)合載荷模式在同一尺寸的試件上各種載荷的相對(duì)比例是固定不變的，要想獲得普遍的測(cè)試結(jié)果必須設(shè)計(jì)不同尺寸規(guī)格大量的試件來進(jìn)行試驗(yàn)；另一種是運(yùn)用多個(gè)加載模塊同時(shí)對(duì)試件進(jìn)行加載，以此來模擬材料在現(xiàn)實(shí)應(yīng)運(yùn)中的受力狀態(tài)。但如果用多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件來驅(qū)動(dòng)的話，無形中就會(huì)使得裝置的結(jié)構(gòu)和控制方面更加復(fù)雜化，也會(huì)使成本增加。因此結(jié)合現(xiàn)在廣泛興起的材料原位測(cè)試的理念，開發(fā)一種能夠模擬機(jī)械構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用中承受不同比例復(fù)合載荷的測(cè)試儀器具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明通過一個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，既可以實(shí)現(xiàn)單軸拉伸測(cè)試，也可以在不同的拉伸應(yīng)力狀態(tài)下快速的加載彎矩，從而測(cè)得在不同拉伸狀態(tài)下彎矩對(duì)試件失效破壞的影響，也即試件在拉彎復(fù)合載荷的作用下的損傷失效機(jī)制。其結(jié)構(gòu)緊湊，能夠測(cè)試試樣在拉彎不同比例加載下材料的力學(xué)性能，該測(cè)試平臺(tái)配合光學(xué)顯微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試過程的原位觀測(cè)。本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，包括驅(qū)動(dòng)模塊、拉伸模塊、彎曲模塊及控制檢測(cè)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊是步進(jìn)電機(jī)I通過蝸桿、蝸輪3、4與雙向絲杠27連接，由步進(jìn)電機(jī)I經(jīng)蝸桿、蝸輪3、4減速把驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞到雙向絲杠27上，所述步進(jìn)電機(jī)I通過法蘭盤2剛性固定在測(cè)試平臺(tái)底板7上，蝸桿3套接在步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸上，蝸輪4固定在雙向絲杠27的伸出軸端；用定位套筒5保證蝸輪蝸桿的裝配特性；在電脈沖的控制下，步進(jìn)電機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)通過蝸輪蝸桿減速裝置進(jìn)行減速和換向；
所述拉伸模塊是通過雙向滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)左右兩個(gè)拉伸工作臺(tái)A、B30、29對(duì)稱拉伸，拉伸工作臺(tái)A、B30、29分別安裝在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A12的滑塊上；通過雙向絲杠27的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)拉伸工作臺(tái)A、B30、29在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A12上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的拉伸動(dòng)作。所述的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A12的下滑軌安裝于底板7的定位槽內(nèi)，確保左右兩條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A、B12、21之間、以及和雙向絲杠27的平行度要求；所述的雙向絲杠27采用專用的絲杠支承座10支承，絲杠支承座10通過其底座9固定于底板7上；在兩個(gè)螺母的帶動(dòng)下兩個(gè)拉伸工作臺(tái)A、B30、29對(duì)稱移動(dòng)，從而保證試件中心待觀察點(diǎn)位置的恒定不變性；
所述彎曲模塊是通過齒輪、齒條17、22的傳動(dòng)帶動(dòng)彎曲壓頭26完成三點(diǎn)彎曲測(cè)試；彎曲模塊是把通過同步帶輪A、B8、20和同步齒形帶6傳遞過來的運(yùn)動(dòng)經(jīng)電磁離合器19的結(jié)合傳遞到齒輪軸23上，齒輪軸23帶動(dòng)齒輪17經(jīng)齒條22把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條安裝板14在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B21上的直線移動(dòng)，齒條安裝板14經(jīng)彎曲力傳感器16帶動(dòng)彎曲壓頭26完成對(duì)試件的壓彎動(dòng)作；所述的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B21的下滑軌安裝于底板7的定位槽內(nèi)，保證兩條導(dǎo)軌的平行度要求，同時(shí)滿足與試樣的垂直度要求；在電磁離合器19斷電的情況下，可通過手動(dòng)的方式推動(dòng)齒條安裝板14調(diào)節(jié)彎曲壓頭初始位置，保證彎曲壓頭26和試樣33具有良好的初始接觸特性；
所述控制檢測(cè)模塊包括拉伸位移傳感器11、彎曲位移傳感器15、彎曲力傳感器16及拉 伸力傳感器35，同時(shí)還包括一個(gè)精密電磁離合器19，通過控制電磁離合器19的通斷電切換測(cè)試平臺(tái)的工作模式；所述拉伸模塊與彎曲模塊之間的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接通過同步帶輪A、B8、20和同步齒形帶6實(shí)現(xiàn)，通過電磁離合器19進(jìn)行時(shí)序控制；合理的設(shè)置拉彎加載時(shí)序可實(shí)現(xiàn)單軸拉伸、拉彎定比例加載和拉彎變比例加載等多種工作模式；在本發(fā)明的加載測(cè)試平臺(tái)中，所加軸向載荷和彎載荷分別由拉伸力傳感器35、彎曲力傳感器16進(jìn)行測(cè)量，拉伸位移和彎曲位移分別由拉伸位移傳感器11、彎曲位移傳感器15進(jìn)行測(cè)。所述的彎曲力傳感器16的一端固定在齒條安裝板14對(duì)應(yīng)的支承孔內(nèi)，另一端通過雙頭螺柱與彎曲壓頭26連接，并保證安裝孔的軸線通過彎曲壓頭與試樣的接觸點(diǎn)；拉伸力傳感器35的一端固定在力傳感器固定架36上，另一端通過雙頭螺柱與滑動(dòng)夾具體28連接，保證傳感器安裝孔軸線通過試樣的對(duì)稱中心線；拉伸位移傳感器11固定端固定在滑動(dòng)夾具體28相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，拉桿端通過位移傳感器支架31與拉伸工作臺(tái)A30連接，保證位移傳感器的安裝中心線與兩導(dǎo)軌和試樣的平行度要求；彎曲位移傳感器15的固定端安裝在齒條安裝板14相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，拉桿端通過位移傳感器固定支架13固定在底板7上，保證其和彎曲工作臺(tái)下的兩條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的平行度要求。所述的雙向絲杠27為左右旋雙向絲杠，拉伸過程中左右兩拉伸工作臺(tái)對(duì)稱拉伸，試樣中心目標(biāo)測(cè)點(diǎn)位置固定不變，為定點(diǎn)施加彎曲橫向力提供有利條件。所述的同步帶輪B20直接固定在電磁離合器19的外圈法蘭盤上，通過內(nèi)孔軸承37空套在齒輪軸23上，電磁離合器19的內(nèi)圈通過平鍵與齒輪軸23聯(lián)接。所述的齒條安裝板14安裝于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B21的滑塊上，系統(tǒng)上電前，可手動(dòng)調(diào)節(jié)彎曲壓頭的初始位置保證其接觸特性。所述的電磁離合器19為精密微電磁離合器，該離合器具有結(jié)構(gòu)緊湊、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)快速等優(yōu)點(diǎn)；通過控制電磁離合器19的通斷電來控制拉伸和彎曲加載時(shí)序和相對(duì)比例關(guān)系。所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)的整體尺寸為180X 160X80mm，與主流顯微成像組件具有良好的結(jié)構(gòu)兼容性，可為材料及其制品力學(xué)性能的原位測(cè)試提供新的研究手段。本發(fā)明的有益效果在于
I.本發(fā)明構(gòu)思新穎，整體結(jié)構(gòu)緊湊，通過一個(gè)動(dòng)力源一步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)帶動(dòng)拉伸和彎曲兩個(gè)加載模塊。這樣的設(shè)計(jì)，避免了設(shè)置兩個(gè)動(dòng)力源分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)加載模塊的高成本、難控制和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷。2.本發(fā)明雖然兩個(gè)加載模塊由同一動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，但拉伸和彎曲的加載比例可以通過人為地控制電磁離合器加載時(shí)序來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就保證了該測(cè)試平臺(tái)既可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)拉伸也可以實(shí)現(xiàn)拉彎復(fù)合載荷測(cè)試，拓寬了已有材料力學(xué)測(cè)試裝置的功能。3.本發(fā)明所涉及的兩大加載模塊的加載速率不同，彎曲的加載速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拉伸的加載速率，這就保證了在試件拉伸到一定階段時(shí)，只要給離合器通電，彎曲橫向力馬上可以加載到預(yù)期效果，不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)槔祛i縮等現(xiàn)象而使彎曲壓頭脫離試件的效果。實(shí)用 性強(qiáng)。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。圖I為本發(fā)明的整體外觀結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的主視示意 圖3為本發(fā)明的俯視不意 圖4為本發(fā)明的試件裝夾方式示意 圖5為本發(fā)明的電磁離合器的安裝示意 圖6為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)試件復(fù)合載荷加載的原理圖，其中，力G為拉伸載荷，力巧為三點(diǎn)彎曲載荷。圖中1.步進(jìn)電機(jī)，2.法蘭盤，3.蝸桿，4.蝸輪，5.定位套筒，6.同步齒形帶，7.底板，8.同步帶輪A，9.絲杠支承座底座，10.絲杠支承座，11.拉伸位移傳感器，12.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，13.位移傳感器固定支架，14.齒條安裝板，15.彎曲位移傳感器，16.彎曲力傳感器，17.齒輪，18.齒輪軸支承座，19.電磁離合器，20.同步帶輪B，21.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B，22.齒條，23.齒輪軸，24.支撐體，25.鎖緊螺母，26.彎曲壓頭，27.雙向絲杠，28.滑動(dòng)夾具體，29.拉伸工作臺(tái)B，30.拉伸工作臺(tái)A，31.位移傳感器支架，32.上壓板A，33.試樣，34.上壓板B，35.拉伸力傳感器，36.力傳感器固定架，37軸承。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實(shí)施方式
。參見圖I至圖6所示，本發(fā)明的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，包括驅(qū)動(dòng)模塊、拉伸模塊、彎曲模塊及控制檢測(cè)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊是步進(jìn)電機(jī)I通過蝸桿、蝸輪3、4與雙向絲杠27連接，由步進(jìn)電機(jī)I經(jīng)蝸桿、蝸輪3、4減速把驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞到雙向絲杠27上，所述步進(jìn)電機(jī)I通過法蘭盤2剛性固定在測(cè)試平臺(tái)底板7上，蝸桿3套接在步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸上，蝸輪4固定在雙向絲杠27的伸出軸端；用定位套筒5保證蝸輪蝸桿的裝配特性；在電脈沖的控制下，步進(jìn)電機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)通過蝸輪蝸桿減速裝置進(jìn)行減速和換向；
所述拉伸模塊是通過雙向滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)左右兩個(gè)拉伸工作臺(tái)A、B30、29對(duì)稱拉伸，拉伸工作臺(tái)A、B30、29分別安裝在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A12的滑塊上；通過雙向絲杠27的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)拉伸工作臺(tái)A、B30、29在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A12上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的拉伸動(dòng)作。所述的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A12的下滑軌安裝于底板7的定位槽內(nèi)，確保左右兩條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A、B12、21之間、以及和雙向絲杠27的平行度要求；所述的雙向絲杠27采用專用的絲杠支承座10支承，絲杠支承座10通過其底座9固定于底板7上；在兩個(gè)螺母的帶動(dòng)下兩個(gè)拉伸工作臺(tái)A、B30、29對(duì)稱移動(dòng)，從而保證試件中心待觀察點(diǎn)位置的恒定不變性；
所述彎曲模塊是通過齒輪、齒條17、22的傳動(dòng)帶動(dòng)彎曲壓頭26完成三點(diǎn)彎曲測(cè)試；彎曲模塊是把通過同步帶輪A、B8、20和同步齒形帶6傳遞過來的運(yùn)動(dòng)經(jīng)電磁離合器19的結(jié) 合傳遞到齒輪軸23上，齒輪軸23帶動(dòng)齒輪17經(jīng)齒條22把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條安裝板14在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B21上的直線移動(dòng)，齒條安裝板14經(jīng)彎曲力傳感器16帶動(dòng)彎曲壓頭26完成對(duì)試件的壓彎動(dòng)作；所述的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B21的下滑軌安裝于底板7的定位槽內(nèi)，保證兩條導(dǎo)軌的平行度要求，同時(shí)滿足與試樣的垂直度要求；在電磁離合器19斷電的情況下，可通過手動(dòng)的方式推動(dòng)齒條安裝板14調(diào)節(jié)彎曲壓頭初始位置，保證彎曲壓頭26和試樣33具有良好的初始接觸特性；
所述控制檢測(cè)模塊包括拉伸位移傳感器11、彎曲位移傳感器15、彎曲力傳感器16及拉伸力傳感器35，同時(shí)還包括一個(gè)精密電磁離合器19，通過控制電磁離合器19的通斷電切換測(cè)試平臺(tái)的工作模式；所述拉伸模塊與彎曲模塊之間的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接通過同步帶輪A、B8、20和同步齒形帶6實(shí)現(xiàn)，通過電磁離合器19進(jìn)行時(shí)序控制；合理的設(shè)置拉彎加載時(shí)序可實(shí)現(xiàn)單軸拉伸、拉彎定比例加載和拉彎變比例加載等多種工作模式；在本發(fā)明的加載測(cè)試平臺(tái)中，所加軸向載荷和彎載荷分別由拉伸力傳感器35、彎曲力傳感器16進(jìn)行測(cè)量，拉伸位移和彎曲位移分別由拉伸位移傳感器11、彎曲位移傳感器15進(jìn)行測(cè)。所述的彎曲力傳感器16的一端固定在齒條安裝板14對(duì)應(yīng)的支承孔內(nèi)，另一端通過雙頭螺柱與彎曲壓頭26連接，并保證安裝孔的軸線通過彎曲壓頭與試樣的接觸點(diǎn)；拉伸力傳感器35的一端固定在力傳感器固定架36上，另一端通過雙頭螺柱與滑動(dòng)夾具體28連接，保證傳感器安裝孔軸線通過試樣的對(duì)稱中心線；拉伸位移傳感器11固定端固定在滑動(dòng)夾具體28相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，拉桿端通過位移傳感器支架31與拉伸工作臺(tái)A30連接，保證位移傳感器的安裝中心線與兩導(dǎo)軌和試樣的平行度要求；彎曲位移傳感器15的固定端安裝在齒條安裝板14相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，拉桿端通過位移傳感器固定支架13固定在底板7上，保證其和彎曲工作臺(tái)下的兩條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的平行度要求。所述的雙向絲杠27為左右旋雙向絲杠，拉伸過程中左右兩拉伸工作臺(tái)對(duì)稱拉伸，試樣中心目標(biāo)測(cè)點(diǎn)位置固定不變，為定點(diǎn)施加彎曲橫向力提供有利條件。 所述的同步帶輪B20直接固定在電磁離合器19的外圈法蘭盤上，通過內(nèi)孔軸承37空套在齒輪軸23上，電磁離合器19的內(nèi)圈通過平鍵與齒輪軸23聯(lián)接。所述的齒條安裝板14安裝于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B21的滑塊上，系統(tǒng)上電前，可手動(dòng)調(diào)節(jié)彎曲壓頭的初始位置保證其接觸特性。所述的電磁離合器19為精密微電磁離合器，該離合器具有結(jié)構(gòu)緊湊、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)快速等優(yōu)點(diǎn)；通過控制電磁離合器19的通斷電來控制拉伸和彎曲加載時(shí)序和相對(duì)比例關(guān)系。所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)的整體尺寸為180X 160X80mm，與主流顯微成像組件具有良好的結(jié)構(gòu)兼容性，可為材料及其制品力學(xué)性能的原位測(cè)試提供新的研究手段。參見圖I至圖6所示，通過脈沖/方向控制模式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)I，步進(jìn)電機(jī)I通過法蘭盤2剛性地固定于底板7上，法蘭盤底座和底板7通過兩個(gè)定位銷實(shí)現(xiàn)定位，并用鎖緊螺釘鎖緊。蝸桿3直接套接在電機(jī)的伸出軸上，用徑向螺釘鎖緊，與之相配合的蝸輪4安裝在雙向絲杠27軸端的軸頸上，其軸向定位是通過一個(gè)定位套筒5和同步帶輪的端面接觸配合實(shí)現(xiàn)的，亦通過徑向鎖緊螺釘鎖緊。雙向絲杠27通過與之配合的左右旋向螺母帶動(dòng)拉伸工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)單軸異向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過一組同步帶輪A、B8、20和同步齒形帶6傳遞到電磁離合器19的外圈法蘭上，電磁離合器19的內(nèi)圈和齒輪軸23通過平鍵聯(lián)接，齒輪軸23由齒輪軸支承座18支承，并通過一個(gè)鎖緊螺母25保證其軸向不發(fā)生移動(dòng)，齒輪軸支承座18通過支承體24固定在底板7上。電磁離合器19通電時(shí)，通過齒輪17、齒條22嚙合方式 驅(qū)動(dòng)齒條安裝板14在導(dǎo)軌上做直線移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)彎曲壓頭26實(shí)現(xiàn)彎曲動(dòng)作。試樣33的定位是通過上壓板A、B32、34上的定位凹槽與拉伸工作臺(tái)A30及滑動(dòng)夾具體28上等寬度約束的凸臺(tái)的配合來實(shí)現(xiàn)的(注試樣夾持部分的寬度和凹槽、凸臺(tái)等寬)。壓板A、B32、34上的壓緊螺釘用于提供穩(wěn)定的夾持力。在系統(tǒng)通電之前，電磁離合器19處于斷電的狀態(tài)，此時(shí)齒輪軸23與同步帶輪B20處于分離狀態(tài)，因此便于利用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)齒條安裝板的位置用以確定彎曲壓頭26的初始位置，保證電磁離合器通電后彎曲壓頭能快速地與試樣接觸，施加相應(yīng)的彎曲載荷。本發(fā)明的工作過程如下
在單獨(dú)軸向拉伸的工作模式下首先將所測(cè)的小型試樣33放置在拉伸工作臺(tái)A30和滑動(dòng)夾具體28對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)雙向絲杠27調(diào)節(jié)試樣的初始位置，使其中點(diǎn)恰好為彎曲壓頭26的壓入點(diǎn)。將相應(yīng)的上壓板安裝到對(duì)應(yīng)的位置，保證試樣的安裝軸線與工作臺(tái)的拉伸方向平行，用壓緊螺釘對(duì)試樣進(jìn)行壓緊。通過脈沖/方向控制方式給定步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)，在步進(jìn)電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)下，蝸輪蝸桿副將運(yùn)動(dòng)傳遞到雙向絲杠27上，雙向絲杠27的轉(zhuǎn)動(dòng)通過兩個(gè)螺母帶動(dòng)拉伸工作臺(tái)A、B30、29向相反方向移動(dòng)，完成對(duì)試件33的拉伸運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)拉伸過程中拉伸位移傳感器11和拉伸力傳感器35將采集到的位移和載荷信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，結(jié)合相應(yīng)的上位機(jī)算法及軟件系統(tǒng)將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合、顯示等處理，并獲取表征材料力學(xué)性能的應(yīng)力應(yīng)變曲線，進(jìn)而得到彈性模量、屈服極限、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等重要力學(xué)參數(shù)。在拉彎不同比例加載工作模式下同上所述，首先將所測(cè)的小型試樣33放置在拉伸工作臺(tái)A30和滑動(dòng)夾具體28對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)雙向絲杠27調(diào)節(jié)試樣33的初始位置，使其中點(diǎn)恰好為彎曲壓頭26的壓入點(diǎn)。將相應(yīng)的壓板安裝到對(duì)應(yīng)的位置，保證試樣的安裝軸線與工作臺(tái)的拉伸方向平行，用壓緊螺釘對(duì)試樣進(jìn)行壓緊。緊接著手動(dòng)推動(dòng)齒條安裝板14使彎曲壓頭26與試樣33保持初始接觸狀態(tài)。系統(tǒng)上電之前，首先要設(shè)定相應(yīng)的施加彎矩時(shí)所對(duì)應(yīng)的拉伸應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)。當(dāng)通過脈沖/方向控制模式給定步進(jìn)電機(jī)確定轉(zhuǎn)速(此時(shí)電磁離合器是處于斷電的狀態(tài)的)帶動(dòng)拉伸模塊對(duì)試樣進(jìn)行拉伸動(dòng)作時(shí)，位移傳感器11和力傳感器35把拉伸過程中測(cè)得的數(shù)據(jù)送入到計(jì)算機(jī)處理獲得實(shí)時(shí)的拉伸應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)規(guī)定的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，通過計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，使電磁離合器19立刻通電，帶動(dòng)齒輪軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)齒輪齒條使得彎曲壓頭迅速地壓向試樣。與此同時(shí)彎曲位移傳感器15和彎曲力傳感器16把彎曲過程的位移和載荷數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡一并送入到計(jì)算機(jī)中。經(jīng)相應(yīng)的上位機(jī)算法及軟件系統(tǒng)將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合、顯示等處理獲得材料在該拉彎組合模式下的力學(xué)性能參數(shù)。重復(fù)以上的工作，只需設(shè)置加載彎矩時(shí)不同的拉伸應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)就可以測(cè)得同種材料在多組不同比例的拉彎復(fù)合載荷下的力學(xué)性能參數(shù)。整個(gè)測(cè)試過程中，被測(cè)試樣在載荷作用下從裂紋的萌生擴(kuò)展到最后的斷裂損傷都會(huì)在光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)觀測(cè)之下，對(duì)研究材料在不同拉伸應(yīng)力狀態(tài)下彎矩對(duì)材料破壞損傷機(jī)理的研究具有指導(dǎo)性意義。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于包括驅(qū)動(dòng)模塊、拉伸模塊、彎曲模塊及控制檢測(cè)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊是步進(jìn)電機(jī)(I)通過蝸桿、蝸輪(3、4)與雙向絲杠(27)連接，由步進(jìn)電機(jī)(I)經(jīng)蝸桿、蝸輪(3、4)減速把驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞到雙向絲杠(27)上，所述步進(jìn)電機(jī)(I)通過法蘭盤(2)剛性固定在測(cè)試平臺(tái)底板(7)上，蝸桿(3)套接在步進(jìn)電機(jī)(I)的輸出軸上，蝸輪(4)固定在雙向絲杠(27)的伸出軸端； 所述拉伸模塊是通過雙向絲杠(27)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)拉伸工作臺(tái)A、B (30,29)在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A (12)上移動(dòng)，拉伸工作臺(tái)A、B (30、29)分別安裝在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌A (12)的滑塊上； 所述彎曲模塊是通過齒輪、齒條(17、22)的傳動(dòng)帶動(dòng)彎曲壓頭(26)完成三點(diǎn)彎曲測(cè)試；將同步帶輪A、B (8、20)和同步齒形帶(6)傳遞過來的運(yùn)動(dòng)經(jīng)電磁離合器(19)傳遞到齒輪軸(23)上，齒輪軸23帶動(dòng)齒輪(17)經(jīng)齒條(22)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條安裝板(14)在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B (21)上的直線移動(dòng)，齒條安裝板14經(jīng)彎曲力傳感器(16)帶動(dòng)彎曲壓頭(26)完成對(duì)試件的壓彎動(dòng)作； 所述控制檢測(cè)模塊包括拉伸位移傳感器(11)、彎曲位移傳感器(15)、彎曲力傳感器(16)、拉伸力傳感器(35)及精密電磁離合器(19)，通過控制電磁離合器(19)的通斷電切換測(cè)試平臺(tái)的工作模式；所述拉伸模塊與彎曲模塊之間的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接通過同步帶輪A、B (8,20)和同步齒形帶(6)實(shí)現(xiàn)，通過電磁離合器(19)進(jìn)行時(shí)序控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的彎曲力傳感器(16)的一端固定在齒條安裝板(14)對(duì)應(yīng)的支承孔內(nèi)，另一端通過雙頭螺柱與彎曲壓頭(26)連接；拉伸力傳感器(35)的一端固定在力傳感器固定架(36)上，另一端通過雙頭螺柱與滑動(dòng)夾具體(28)連接；拉伸位移傳感器(11)固定端固定在滑動(dòng)夾具體(28)相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，拉桿端通過位移傳感器支架(31)與拉伸工作臺(tái)A(30)連接；彎曲位移傳感器(15)的固定端安裝在齒條安裝板(14)相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，拉桿端通過位移傳感器固定支架(13)固定在底板(7)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的同步帶輪B (20)直接固定在電磁離合器(19)的外圈法蘭盤上，通過內(nèi)孔軸承(37)空套在齒輪軸(23)上，電磁離合器(19)的內(nèi)圈通過平鍵與齒輪軸(23)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的齒條安裝板(14)安裝于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌B (21)的滑塊上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的拉伸模塊中的絲杠為左右旋雙向滾珠絲杠。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述的小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)的整體尺寸為 180 X 160 X 80mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型試樣拉彎復(fù)合加載模式材料力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，屬于材料力學(xué)性能測(cè)試的領(lǐng)域。由驅(qū)動(dòng)模塊、拉伸模塊、彎曲模塊和控制檢測(cè)模塊四部分組成，既可以對(duì)試樣進(jìn)行單軸拉伸測(cè)試，也可以對(duì)試樣進(jìn)行拉彎復(fù)合載荷加載下的材料力學(xué)性能測(cè)試。所述拉伸模塊和彎曲模塊之間的運(yùn)動(dòng)經(jīng)一個(gè)電磁離合器建立聯(lián)接，在進(jìn)行測(cè)試的過程中，通過控制離合器的通斷電控制彎曲模塊相對(duì)拉伸模塊的加載時(shí)序，進(jìn)而間接獲取不同比例的拉完組合載荷。本發(fā)明構(gòu)思新穎，整體結(jié)構(gòu)緊湊。為研究試樣在拉彎隨機(jī)復(fù)合載荷作用下材料的力學(xué)性能提供了一種有效的研究手段，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01N3/20GK102680325SQ20121015207
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者張愛文, 李澤君, 李玥黎, 杜朋, 程虹丙, 趙宏偉, 馬志超 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)