[发明专利]材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置

权利要求书

1. 一种材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，主要由基座，x轴向运动机构、压头、驱动元件和预紧机构组成，其特征在于所说的压头(9)由多个薄壁柔性铰链(6、7、8)连接到x轴向运动机构(17)上；所说的x轴正向运动机构(17)由多个薄壁柔性铰链(16、19)连接到刚性基座(2)上；所说的驱动元件由相互垂直布置的压电叠堆组成，其中的一个压电叠堆(15)整体安装于x轴向预紧机构和x轴向运动机构(17)之间，另一个压电叠堆(5)整体安装于压头(9)和压头预紧机构之间，压头(9)的下方为放置被测材料的刚体(11)上，刚体(11)通过与其连接的柔性铰链(10)连接在刚性基座(2)上。

2. 根据权利要求1所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于所说的x轴向预紧机构由装在压电堆(15)端部的刚体(12)，向刚体(12)提供预紧力的螺钉(13)和柔性铰链(14)组成，柔性铰链(14)既与刚体(12)连接又与刚性基座(2)连接(这样理解准确，)，所说的压头预紧机构由装在压电堆(5)端部的刚体(3)，柔性铰链(4)和向刚体(3)提供预紧力的螺钉(20)组成，柔性铰链(4)既与刚体(3)连接又与刚性基座(2)连接(这样理解准确，)。

3. 根据权利要求1所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于所说的柔性铰链(16、19)具有位移放大的功能，将压电叠堆(15)的输出放大。

4. 根据权利要求1或3所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于所说的压电叠堆为可控面型的精密致动元件，通过对压电叠堆施加不同的电压信号，可以实现不同的加载方式。

5. 根据权利要求1至3所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于所说的薄壁柔性铰链与基座(2)，压头(9)和x轴向运动机构(17)的连接方式为同一整体，通过电火花线切割方式加工而成，在驱动元件的推力作用下，发生微小弯曲变形，既可使压头(9)沿y向产生精密直线运动，还可使压头(9)和x轴向运动机构(17)一起产生沿x向的精密直线运动的同时，压头(9)沿y向产生精密直线运动，压头(9)和x轴向运动机构(17)受到压电叠堆的推动而与基座(2)发生相对运动时不产生摩擦和磨损。

6. 根据权利要求1所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于通过测量所述的柔性铰链(10)的变形矢量X，可应用公式F＝KX间接地计算出施加力F的大小，其中K为柔性铰链(10)的变形刚度。

7. 根据权利要求1所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于所说的柔性铰链是直角薄壁柔性铰链，对外部弯曲载荷敏感，在该载荷作用下能发生精密的弯曲变形，完成材料力学测试中的定位和加载。

8. 根据权利要求1所述的材料纳米力学性能测试中的两自由度加载装置，其特征在于测试系统结构微小，可以借助扫描电子显微镜或透射电子显微镜在线监测被测试件载荷作用下的力学行为和损伤机制。