基于拉压、疲劳复合载荷模式下的原位压痕力学测试装置

摘要

本发明涉及一种基于拉压、疲劳复合载荷模式下的原位压痕力学测试装置，属于精密测试仪器领域。主要由精密驱动单元、拉压、疲劳复合载荷单元、压痕载荷单元、精密传感检测单元组成。其中精密驱动单元可实现准静态加载，拉压、疲劳复合载荷单元使试件中心基本保持不变，结合高分辨率的成像系统可进行材料的原位力学性能观测。疲劳模块加载在拉压模块之上，采用精密的压电驱动技术进行材料的疲劳性能测试。压痕载荷单元布置于试件正上方，竖直压入试件，由丝杆步进电机带动压痕柔性铰链直线进给，嵌入其中的压痕压电叠堆则进行精密压入驱动，可进行跨尺度原位压痕力学测试。具有结构紧凑、体积小、响应迅速、精度高、成本低等优点。

主权项

一种基于拉压、疲劳复合载荷模式下的原位压痕力学测试装置，其特征在于：包括精密驱动单元、拉压、疲劳复合载荷单元、压痕载荷单元、精密传感检测单元，所述精密驱动单元由直流伺服电机（1）、蜗杆（3）和蜗轮（4）组成，直流伺服电机（1）由电机座（2）支撑，而电机座（2）通过螺钉Ⅲ（35）固定在基座（32）一侧，其输出轴与蜗杆（3）固连，带动蜗轮（4）转动，大减速比传动，可实现准静态加载；所述拉压、疲劳复合载荷单元包括拉压载荷模块、疲劳载荷模块，可进行拉压或疲劳的单独加载，亦或是拉压、疲劳复合加载，所述的拉压载荷模块由拉伸台Ⅰ、Ⅱ（9、15）、双向滚珠丝杠（10）、滚珠丝杠支撑座（5）、滚珠直线导轨Ⅰ（14）组成，其中双向滚珠丝杠（10）通过滚珠丝杠支撑座（5）支撑，而滚珠丝杠支撑座（5）通过螺钉Ⅳ（36）与基座（32）固定，将蜗轮（3）的旋转运动转化为拉伸台Ⅰ、Ⅱ（9、15）相对的直线运动，而夹具Ⅰ、Ⅱ（11、13）分别通过螺钉Ⅰ（33）、螺钉Ⅷ（40）固定在拉伸台Ⅰ、Ⅱ（9、15）上，进而对试件（12）进行相对的拉伸/压缩加载，其试件（12）中心保持不变；所述疲劳载荷模块由疲劳压电叠堆（6）、疲劳柔性铰链（7）和预紧螺钉Ⅰ（8）组成，疲劳压电叠堆（6）嵌入疲劳柔性铰链（7）内部，并通过预紧螺钉Ⅰ（8）进行叠堆的预紧，疲劳柔性铰链（7）一端通过螺钉Ⅰ（33）与夹具Ⅰ（11）相连，一端通过螺钉Ⅱ（34）固定于拉伸台Ⅰ（9）上；所述压痕载荷单元由丝杠步进电机（30）、电机座Ⅱ（31）、梯形螺母（28）、压痕台（27）、压痕压电叠堆（25）、压痕柔性铰链（23）、预紧螺钉Ⅱ（43）和滚珠直线导轨Ⅱ（29）组成，其中丝杠步进电机（30）带动梯形螺母（28）移动，进而带动压痕台（27）在滚珠直线导轨Ⅱ（29）上直线移动，进行压入过程的宏观粗调整，压痕柔性铰链（23）通过螺钉Ⅹ（42）与压痕台（27）固定，压痕压电叠堆（25）嵌入压痕柔性铰链（23）之中，并通过预紧螺钉Ⅱ（43）进行预紧，进行精密的压入驱动；所述精密传感检测单元包括直线位移传感器（16）、力传感器Ⅰ、Ⅱ（20、22）、光栅读数头（24）、光栅（26），其中直线位移传感器（16）通过螺钉Ⅵ（38）固定在拉伸台Ⅱ（15）上，其伸缩端与拉伸台Ⅰ（9）固连；力传感器Ⅰ（20）一侧通过力传感器固定板（18）、螺钉Ⅴ（37）与拉伸台Ⅱ（15）连接，另一侧通过夹板（17）与夹具Ⅱ（13）连接，夹板（17）通过螺钉Ⅶ（39）固定在拉伸台Ⅱ（15）之上；力传感器Ⅱ（22）与金刚石压头（19）通过压头套筒（21）连接，固定在压痕柔性铰链（23）前端；光栅（26）贴于压痕柔性铰链（23）一侧，相应的光栅读数头（24）则通过螺钉Ⅸ（41）与基座（32）直接固定。