服役温度下材料双轴静动态性能在线测试平台

摘要

本实用新型涉及一种服役温度下材料双轴静动态性能在线测试平台，属于精密驱动领域。通过四组正交布置的压电驱动器实现大行程双轴同步同速或同步异速位移输出，结合嵌入式高温电热合金片/帕尔贴片，针对特征尺寸为毫米级的块体材料或薄膜材料开展高/低温服役条件下的双轴静态拉伸测试或动态疲劳测试。易于实现与较大真空腔体的扫描电子显微镜或其他具有开放式承载空间的显微成像设备，如光学显微镜、原子力显微镜、高速摄像机等结合使用，即可开展多种模式的双轴静态拉伸测试或大频率范围的双轴动态疲劳测试，便于开展对各类结构材料或功能材料在复杂服役条件下，如高/低温条件、静动态平面应力条件的微观结构演化行为和疲劳失效机制的研究。

主权项

一种服役温度下材料双轴静动态性能在线测试平台，其特征在于：包括双轴压电驱动单元、加热/制冷单元、十字形试件夹持单元、双轴载荷/位移检测单元以及基座支撑单元，其中，双轴压电驱动单元中的柔性铰链（9）通过螺纹连接方式分别与双轴载荷/位移检测单元中的拉压力传感器（8）以及基座支撑单元中的基座（7）刚性连接，十字形试件夹持单元中的下夹具体（15）分别通过螺纹连接方式与基座支撑单元中的导轨滑块（6）刚性连接，且分别通过其侧边卡槽和后端的内螺纹孔与双轴载荷/位移检测单元中的引伸计（13）的标距叉以及拉压力传感器（8）紧固连接；加热/制冷单元通过盘式安装卡槽（16）嵌入安装于基座支撑单元中的基座（7）的定位孔中；所述双轴压电驱动单元由四个正交布置且共面安装的压电驱动器组成，每个压电驱动器由压电叠堆Ⅰ（1）、压电叠堆Ⅱ（2）及柔性铰链（9）组成，压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（1、2）采用串联布置方式用于输出较大幅值的交变位移或恒定位移，柔性铰链（9）采用圆弧过渡型铰链形式，其菱形内包络结构对压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（1、2）输出的可控位移进行放大；所述加热/制冷单元包括高温电热合金片/帕尔贴片（10）和盘式安装卡槽（16），其中高温电热合金片/帕尔贴片（10）嵌入安装于盘式安装卡槽（16）的矩形槽中，矩形槽的宽度与高温电热合金片/帕尔贴片（10）的宽度一致；所述十字形试件夹持单元包括上夹具体（14）、下夹具体（15）、夹具体紧固螺钉（17）及十字形试件（3），所述上夹具体（14）和下夹具体（15）分别具有相互配合使用的凹槽和凸台结构，以实现对十字形试件（3）在两个正交拉伸方向上的对中性；所述双轴载荷/位移检测单元包括四组拉压力传感器（8）和引伸计（13），其中任意相邻的两个拉压力传感器（8）垂直安装，并通过螺纹连接方式分别与下夹具体（15）以及柔性铰链（9）刚性连接，任意相邻的两个引伸计（13）亦垂直安装，且其弹性标距叉嵌入式安装在下夹具体（15）的矩形卡槽内；一组相邻的拉压力传感器（8）和引伸计（13）在正交拉伸平面内的互成角度为45°；所述基座支撑单元包括支撑垫块（5）、导轨滑块（6）、基座（7）以及直线导轨（18），所述导轨滑块（6）对下夹具体（15）拉伸轴向上的直线运动起导向作用，直线导轨（18）通过螺纹连接方式固定安装在基座（7）的矩形凹槽内，基座（7）通过支撑垫块（5）与柔性铰链（9）过渡刚性连接。