压电致动型材料疲劳力学性能测试装置

摘要

本发明涉及一种压电致动型材料疲劳力学性能测试装置，属于精密驱动领域。由压电驱动单元、试件夹持单元、压电叠堆预紧单元及信号检测单元组成。通过四组对称式安装的压电叠堆实现较大行程的载荷/位移输出，该装置可与具有真空腔体的主流扫描电子显微镜以及具有开放式载物平台的拉曼光谱仪、X射线衍射仪及各类光学显微成像系统结合使用，可在该类观测仪器的观测下开展给定恒定频率或扫频下的恒应变或变应变疲劳测试。优点在于：体积小巧，结构紧凑，测试精度高，刚度高、兼容性好、应变值及测试频率可调，通过开展针对微小尺寸试件的拉伸模式的原位疲劳测试，可对各类材料在循环载荷作用下的破坏机制及性能演变规律进行深入研究。

主权项

一种压电致动型材料疲劳力学性能测试装置，其特征在于：包括压电驱动单元、试件夹持单元、压电叠堆预紧单元及信号检测单元，其中，压电驱动单元中的压电叠堆（2）与压电叠堆预紧单元中的弧形滑动楔块Ⅰ（7）及弧形滑动楔块Ⅱ（11）始终保持面接触，试件夹持单元中的夹具体（4）通过螺纹连接方式与信号检测单元中的轮辐式拉压力传感器（3）保持刚性连接，且检测单元中的直线电位器（13）及轮辐式拉压力传感器（3）均与压电驱动单元中的框架（14）亦通过螺纹连接方式保持刚性连接；所述压电驱动单元包括四组共面且平行对称安装的压电叠堆（2）、框架（14）及圆弧过渡型柔性铰链（1），其中四组压电叠堆（2）并联排布，并同时在压电驱动电源的等幅等频电压信号驱动下输出同步的响应位移，四组圆弧过渡型柔性铰链（1）与框架（14）实为一体，框架（14）通过框架紧固螺钉(17)与固定基座（10）刚性连接；所述试件夹持单元包括夹具体（4）、试件夹紧螺钉（5）、压板（6）及被测试件（15），其中夹具体（4）及压板（6）通过等宽的凸台及凹槽结构实现对等宽的被测试件（15）的对中性限位，所述凸台及凹槽具有密集型锯齿结构，可提高被测试件（15）夹持的稳定性，试件夹紧螺钉（5）用于将压板（6）紧固在夹具体（4）上并提供可靠的夹持力；所述压电叠堆预紧单元包括弧形滑动楔块Ⅰ（7）、固定楔块（8）、楔块预紧螺钉（9）、弧形滑动楔块Ⅱ（11）及固定楔块紧固螺钉（16），其中固定楔块（8）通过固定楔块紧固螺钉（16）与固定基座（10）刚性连接，预紧力由楔块预紧螺钉（9）提供，并且楔块预紧螺钉（9）可沿被测试件（15）拉伸/压缩方向移动实现对压电叠堆（2）进行正向预紧和反向自锁；所述信号检测单元包括轮辐式拉压力传感器（3）、电位器固定螺钉（12）及直线电位器（13），其中轮辐式拉压力传感器（3）分别与夹具体（4）及框架（14）刚性连接，直线电位器（13）的固定基体部分通过电位器固定螺钉（12）与框架（14）紧固连接，并整体沉附于框架（14）底部的凹槽内，前部回弹式推杆与夹具体（4）底部保持弹性接触。