原位拉/压-扭转复合载荷材料微观力学测试平台

摘要

本发明涉及一种原位拉/压-扭转复合载荷材料微观力学测试平台，属于材料力学测试领域。由基座、精密加载单元、检测控制单元、夹持及连接单元组成。其中精密加载单元包括扭矩加载单元和拉压加载单元，可实现拉压载荷、扭矩载荷的独立、复合加载；检测控制单元针对拉压载荷和扭转载荷分别使用拉压力传感器和扭矩传感器进行载荷检测，结合接触式电容位移传感器、圆光栅尺、光电编码器对加载机构实施监测和控制。本发明结构紧凑，体积小巧，应变速率可控。通过本发明可对材料在复合载荷作用下的微观组织结构变化、变形损伤机制和性能演化规律进行原位监测，为揭示材料在接近服役条件下微纳米尺度的力学特性和损伤机制提供有效的测试方法。

主权项

一种原位拉/压‑扭转复合载荷材料微观力学测试平台，其特征在于：包括测试平台基座（40）、精密加载单元、检测控制单元、夹持及连接单元，所述精密加载单元包含扭矩加载单元和拉压加载单元，精密加载单元由精密直流伺服电机Ⅰ（9）、精密直流伺服电机Ⅱ（17）、二次包络型蜗轮蜗杆副Ⅰ、二次包络型蜗轮蜗杆副Ⅱ、精密滚珠丝杠副、精密滚珠直线导轨组成，其中精密直流伺服电机Ⅰ（9）、精密直流伺服电机Ⅱ（17）可提供高分辨率扭矩及角位移输出，二次包络型蜗轮蜗杆副Ⅰ可提供2500：1的减速比，可对精密直流伺服电机Ⅰ（9）、精密直流伺服电机Ⅱ（17）输出的动力进行减速、增矩，分别给扭矩加载单元和拉压加载单元提供超低速准静态的加载方式；所述检测控制单元包含扭转检测控制部分和拉伸/压缩检测控制部分，所述扭转检测控制部分由精密扭矩传感器（7）、精密圆光栅尺（8）、圆光栅读数头（39）及与精密直流伺服电机Ⅰ（9）同步运动的高线数光电编码器Ⅰ（11）组成，可提供包括变形角速率、扭矩加载速率、编码器标定角位移速率在内的三种模拟或数字量作为精密直流伺服电机Ⅰ（9）的脉冲/方向闭环控制模式的反馈信号源，即扭矩加载单元可实现恒角变形速率、恒扭矩加载速率及恒编码标定角位移速率三种加载/卸载方式；所述拉伸/压缩检测控制部分由精密拉压力传感器（16）、精密接触式电容位移传感器（32）及与精密直流伺服电机Ⅱ（17）同步运动的高线数光电编码器Ⅱ（15）组成，可提供包括变形角速率、扭矩加载速率、编码器标定角位移速率在内的三种模拟或数字量作为精密直流伺服电机Ⅱ（17）的脉冲/方向闭环控制模式的反馈信号源，即拉压加载单元可实现恒变形速率、恒加载速率及恒编码标定位移速率三种加载/卸载方式；所述夹持及连接单元包括被测试件（37）、夹具体Ⅰ（12）、夹具体Ⅱ（13），所述被测试件（37）通过夹具体Ⅰ（12）、夹具体Ⅱ（13）的上下压板以及螺钉以压紧方式定位夹持；所述的扭矩加载单元包括精密直流伺服电机Ⅰ（9）、一级蜗杆Ⅰ（5）、一级蜗轮Ⅰ（4）、二级蜗轮Ⅰ（1）、二级蜗杆Ⅰ（43），所述二级蜗杆Ⅰ（43）通过轴承和轴承座用螺钉安装在测试平台基座（40）上，扭矩传感器法兰架Ⅰ（41）由扭转单元轴承Ⅰ（3）和扭转单元轴承座Ⅰ（2）支撑和固定，精密直流伺服电机Ⅰ（9）通过电机法兰盘Ⅰ（6）安装在测试平台基座（40）上，经过减速比均为1：50的二次包络型蜗轮蜗杆副Ⅰ进行减速、增矩，将扭矩通过扭矩传感器法兰架Ⅰ（41）、扭矩传感器法兰架Ⅱ（44）和精密扭矩传感器（7）加载至被测试件（37）；所述二次包络型蜗轮蜗杆副Ⅰ由相互配合的二级蜗轮Ⅰ（1）、二级蜗杆Ⅰ（43）及一级蜗轮Ⅰ（4）、一级蜗杆Ⅰ（5）构成。