一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置。
【背景技術】
[0002]長期以來，人們就工程結構的疲勞破壞問題開展了大量的研究。一般認為，疲勞壽命主要消耗在裂紋萌生與短裂紋擴展階段。短裂紋的擴展行為宏觀上隨著裂紋長度增大而發(fā)生變化，微觀上還受到金屬微觀組織和環(huán)境等因素的影響，再加上裂紋閉合以及小裂紋效應等問題，使得服役過程中循環(huán)載荷下的短裂紋的擴展問題變得十分復雜。為更好地探究裂紋在擴展過程中與微觀組織變化以及宏觀力學性能的關系，進而為工程零部件的壽命設計提供更加可靠的理論依據(jù)，需要通過疲勞試驗機對零部件進行試驗，獲取材料在外載荷作用下的宏觀定量力學參數(shù)。原位疲勞試驗通過將電子顯微技術與傳統(tǒng)的材料疲勞測試技術有效地結合，在對材料試樣進行力學加載和疲勞測試過程中，分階段的停機，停機時通過實驗平臺上集成的顯微成像系統(tǒng)，對材料組織結構變化、微觀變形損傷、進行原位成像記錄;宏觀的疲勞力學測試數(shù)據(jù)和多個階段的成像記錄結合，即能反映材料的力學性能和顯微組織演變規(guī)律，為分析固態(tài)材料的力學特性和微觀組織演變規(guī)律提供了新的方法。
[0003]現(xiàn)有的原位疲勞試驗裝置中，顯微成像系統(tǒng)一般為光學顯微鏡，由于其分辨率以及放大倍率較低，測試效果有很大的局限性。近年來，出現(xiàn)了使用掃描電子顯微鏡(SEM)的疲勞試驗機。如:德國的Kammr a th&W e i s s公司開發(fā)的原位拉伸測試儀器利用伺服伺服電機驅動，配合SEM的使用，可以對金屬材料進行原位疲勞測試。SEM分辨率達微米級，能更好的觀察到材料的微觀組織形貌和缺陷。但是，SEM只能得到材料的表面的二維圖像，而不能得到材料的內部的三維立體圖像;且其光源亮度低，光信號檢測信噪比低，使得測量精度與檢測靈敏度有待提尚。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置，該疲勞試驗裝置在疲勞試驗的過程中，能夠使用同步輻射光源直接原位對準疲勞試樣進行同步輻射成像，得到材料的內部的三維立體圖像;其圖像信噪比高，成像精度與靈敏度高；進而能更清晰、準確地反映材料的力學性能和顯微組織的演變規(guī)律，為工程零部件的壽命設計提供更加可靠的試驗依據(jù)。
[0005]本實用新型實現(xiàn)其目的所采用的技術方案為，一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是:
[0006]底板底部的十字架嵌合在同步輻射光源的平臺上，底板上表面的中部固定有圓環(huán)狀的底座;推桿通過水平的直線軸承一安裝在底座的左壁和右壁上;底板上表面的左側安裝有伺服電機，伺服電機軸上安裝凸輪;推桿的左端伸出底座與凸輪的右側緣接觸，推桿中部和連桿下端絞接，推桿的右端通過彈簧連接在底座的右壁上；
[0007]連桿的上端與從動桿的底端絞接，從動桿則通過豎直的直線軸承二安裝在底座的蓋板上，蓋板螺紋固定在底座的頂部；
[0008]從動桿的頂端伸出蓋板與下夾具連接，蓋板的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機玻璃內罩和一個半圓環(huán)的有機玻璃外罩，有機玻璃內罩及有機玻璃外罩的頂部與頂蓋嵌合連接，頂蓋的底面中部連接載荷傳感器的上端，載荷傳感器的下端與上夾具連接;上夾具位于下夾具的正上方；
[0009]伺服電機、載荷傳感器均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置電連接。
[0010]本實用新型的疲勞試驗裝置的使用方法和工作過程是:
[0011]A、試件的安裝
[0012]移動有機玻璃內罩和有機玻璃外罩使二者重合，通過有機玻璃內罩和有機玻璃外罩沒有罩住的部位，將試樣置于下夾具正上方，并將試樣上端夾持于上夾具上，再將試樣下端夾持在下夾具上;重新移動有機玻璃內罩和有機玻璃外罩，使二者不再重合，將試樣罩在由有機玻璃內罩和有機玻璃外罩圍住的空間內；
[0013]B、原位疲勞試驗
[0014]數(shù)據(jù)處理與控制裝置控制電機以設定的頻率轉動，帶動凸輪轉動，進而通過推桿、連桿、從動桿帶動下夾具上下往復移動，對試樣施加豎向往復的位移載荷；
[0015]同時，載荷傳感器檢測到試樣承受的載荷信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理與控制裝置；
[0016]當往復豎向位移載荷達到設定的成像循環(huán)次數(shù)后，數(shù)據(jù)處理與控制裝置控制電機停止轉動，再啟動同步輻射光源，同步輻射光源的平臺旋轉，帶動底板及底板上的試樣進行360度旋轉；同時，同步輻射光源的光發(fā)射器發(fā)出的同步輻射光穿透有機玻璃內罩或有機玻璃外罩，再穿透360度旋轉的試樣后由同步輻射光源的光接收器接收，完成對試樣的360度成像；
[0017]重復以上操作，直至達到設定的完成試驗的循環(huán)次數(shù)。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型的疲勞試驗裝置在疲勞試驗的過程中，能夠使用同步輻射光源直接原位對準疲勞試樣進行同步輻射成像，進而得到材料的內部的三維立體圖像;能很好地反映材料的力學性能和顯微組織的演變規(guī)律。同步輻射光的亮度高，其圖像信噪比高，成像精度與靈敏度高，能更清晰、準確地反映材料的力學性能和顯微組織的演變規(guī)律。從而本實用新型能為工程零部件的疲勞壽命設計提供更加可靠的試驗依據(jù)。
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0022]圖2為圖1的A-A剖面圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例
[0024]圖1、圖2示出，本實用新型的一種【具體實施方式】是，一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是:
[0025]底板I底部的十字架Ia嵌合在同步輻射光源的平臺2上，底板I上表面的中部固定有圓環(huán)狀的底座3;推桿4通過水平的直線軸承一 19安裝在底座3的左壁和右壁上;底板I上表面的左側安裝有伺服電機5，伺服電機5軸上安裝凸輪6;推桿4的左端伸出底座3與凸輪6的右側緣接觸，推桿4中部和連桿7下端絞接，推桿4的右端通過彈簧8連接在底座3的右壁上；
[0026]連桿7的上端與從動桿9的底端絞接，從動桿9則通過豎直的直線軸承二10安裝在底座3的蓋板11上，蓋板11螺紋固定在底座3的頂部；
[0027]從動桿9的頂端伸出蓋板11與下夾具12連接，蓋板11的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機玻璃內罩13a和一個半圓環(huán)的有機玻璃外罩13b，有機玻璃內罩13a及有機玻璃外罩13b的頂部與頂蓋14嵌合連接，頂蓋14的底面中部連接載荷傳感器15的上端，載荷傳感器15的下端與上夾具16連接;上夾具16位于下夾具12的正上方；
[0028]伺服電機5、載荷傳感器15均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置20電連接。
[0029]本例的疲勞試驗裝置進行原位疲勞試驗的使用方法如下:
[0030]A、試件的安裝
[0031]移動有機玻璃內罩13a和有機玻璃外罩13b使二者重合，通過有機玻璃內罩13a和有機玻璃外罩13b沒有罩住的部位，將試樣置于下夾具12正上方，并將試樣上端夾持于上夾具16上，再將試樣下端夾持在下夾具12上;重新移動有機玻璃內罩13a和有機玻璃外罩13b，使二者不再重合，將試樣罩在由有機玻璃內罩13a和有機玻璃外罩13b圍住的空間內；
[0032]B、原位疲勞試驗
[0033]數(shù)據(jù)處理與控制裝置20控制電機5以設定的頻率轉動，帶動凸輪6轉動，進而通過推桿4、連桿7、從動桿9帶動下夾具12上下往復移動，對試樣施加豎向往復的位移載荷；
[0034]同時，載荷傳感器15檢測到試樣承受的載荷信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理與控制裝置；
[0035]當往復豎向位移載荷達到設定的成像循環(huán)次數(shù)后，數(shù)據(jù)處理與控制裝置控制電機5停止轉動，再啟動同步輻射光源，同步輻射光源的平臺2旋轉，帶動底板I及底板上的試樣進行360度旋轉；同時，同步輻射光源的光發(fā)射器17發(fā)出的同步輻射光穿透有機玻璃內罩13a或有機玻璃外罩13b，再穿透360度旋轉的試樣后由同步輻射光源的光接收器18接收，完成對試樣的360度成像；
[0036]重復以上操作，直至達到設定的完成試驗的循環(huán)次數(shù)。
【主權項】
1.一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是: 底板(I)底部的十字架(Ia)嵌合在同步輻射光源的平臺(2)上，底板(I)上表面的中部固定有圓環(huán)狀的底座(3);推桿(4)通過水平的直線軸承一(19)安裝在底座(3)的左壁和右壁上;底板(I)上表面的左側安裝有伺服電機(5)，伺服電機(5)軸上安裝凸輪(6);推桿(4)的左端伸出底座(3)與凸輪(6)的右側緣接觸，推桿(4)中部和連桿(7)下端絞接，推桿(4)的右端通過彈簧(8)連接在底座(3)的右壁上； 連桿(7)的上端與從動桿(9)的底端絞接，從動桿(9)則通過豎直的直線軸承二(10)安裝在底座(3)的蓋板(11)上，蓋板(11)螺紋固定在底座(3)的頂部； 從動桿(9)的頂端伸出蓋板(11)與下夾具(12)連接，蓋板(11)的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機玻璃內罩(13a)和一個半圓環(huán)的有機玻璃外罩(13b)，有機玻璃內罩(13a)及有機玻璃外罩(13b)的頂部與頂蓋(14)嵌合連接，頂蓋(14)的底面中部連接載荷傳感器(15)的上端，載荷傳感器(15)的下端與上夾具(16)連接;上夾具(16)位于下夾具(12)的正上方； 伺服電機(5)、載荷傳感器(15)均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置(20)電連接。
【專利摘要】一種可用同步輻射光源進行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是：底板底部的十字架嵌合在同步輻射光源的平臺上，底板的伺服電機通過凸輪連桿機構與底板的底座上的下夾具下端連接；底座的蓋板的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機玻璃內罩和一個半圓環(huán)的有機玻璃外罩，有機玻璃內罩及有機玻璃外罩的頂部與頂蓋嵌合連接，頂蓋的底面中部連接載荷傳感器的上端，載荷傳感器的下端與上夾具連接；上夾具位于下夾具的正上方；伺服電機、載荷傳感器均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置電連接。該試驗裝置在疲勞試驗的過程中，能對準疲勞試樣進行同步輻射成像，得到材料的內部的三維立體圖像；更清晰、準確地反映材料的力學性能和顯微組織的演變規(guī)律。
【IPC分類】G01N23/04
【公開號】CN205175932
【申請?zhí)枴緾N201520892731
【發(fā)明人】吳圣川, 張思齊
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月10日