[发明专利]小型试样拉弯复合加载模式材料力学性能测试平台

说明书

技术领域

    本发明涉及材料力学性能测试领域，特别涉及一种多载荷模式下的材料力学性能测试装置，尤指一种用于特征尺寸在厘米级以上的小型试样拉弯复合加载模式材料力学性能测试平台。

背景技术

传统的测试材料力学性能的测试方法主要有拉伸法、压缩法、扭转法、弯曲法等，并且所用的测试装置在外形尺寸上都比较大，通过对标准化试样施加对应的载荷获得所测材料的各种力学性能参数。然而随着现代科学技术的发展，人们对现代机械结构的性能要求越来越高，针对机械结构在现实中的实际应用状况，机械结构在随机组合载荷作用下的综合力学性能越来越受到人们的重视。很显然运用传统的测试仪器在单独载荷作用下测出的材料性能指标已经无法满足现代机械制造业对材料力学性能的要求。而从实现复合载荷的形式上来分：一种是通过设计特殊形状的试件或夹具并通过力的合成与分解原理来实现多种载荷形式的叠加与解耦，但这种复合载荷模式在同一尺寸的试件上各种载荷的相对比例是固定不变的，要想获得普遍的测试结果必须设计不同尺寸规格大量的试件来进行试验；另一种是运用多个加载模块同时对试件进行加载，以此来模拟材料在现实应运中的受力状态。但如果用多个驱动元件来驱动的话，无形中就会使得装置的结构和控制方面更加复杂化，也会使成本增加。因此结合现在广泛兴起的材料原位测试的理念，开发一种能够模拟机械构件在实际应用中承受不同比例复合载荷的测试仪器具有很大的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型试样拉弯复合加载模式材料力学性能测试平台，解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过一个步进电机进行驱动，既可以实现单轴拉伸测试，也可以在不同的拉伸应力状态下快速的加载弯矩，从而测得在不同拉伸状态下弯矩对试件失效破坏的影响，也即试件在拉弯复合载荷的作用下的损伤失效机制。其结构紧凑，能够测试试样在拉弯不同比例加载下材料的力学性能，该测试平台配合光学显微镜能够实现测试过程的原位观测。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

小型试样拉弯复合加载模式材料力学性能测试平台，包括驱动模块、拉伸模块、弯曲模块及控制检测模块，所述驱动模块是步进电机1通过蜗杆、蜗轮3、4与双向丝杠27连接，由步进电机1经蜗杆、蜗轮3、4减速把驱动转矩传递到双向丝杠27上，所述步进电机1通过法兰盘2刚性固定在测试平台底板7上，蜗杆3套接在步进电机1的输出轴上，蜗轮4固定在双向丝杠27的伸出轴端；用定位套筒5保证蜗轮蜗杆的装配特性；在电脉冲的控制下，步进电机输出运动通过蜗轮蜗杆减速装置进行减速和换向；

所述拉伸模块是通过双向滚珠丝杠螺母副带动左右两个拉伸工作台A、B30、29对称拉伸，拉伸工作台A、B30、29分别安装在直线滚动导轨A12的滑块上；通过双向丝杠27的转动，带动拉伸工作台A、B30、29在直线滚动导轨A12上移动，从而实现对试样的拉伸动作。所述的直线滚动导轨A12的下滑轨安装于底板7的定位槽内，确保左右两条直线滚动导轨A、B12、21之间、以及和双向丝杠27的平行度要求；所述的双向丝杠27采用专用的丝杠支承座10支承，丝杠支承座10通过其底座9固定于底板7上；在两个螺母的带动下两个拉伸工作台A、B30、29对称移动，从而保证试件中心待观察点位置的恒定不变性；

所述弯曲模块是通过齿轮、齿条17、22的传动带动弯曲压头26完成三点弯曲测试；弯曲模块是把通过同步带轮A、B8、20和同步齿形带6传递过来的运动经电磁离合器19的结合传递到齿轮轴23上，齿轮轴23带动齿轮17经齿条22把旋转运动转化为齿条安装板14在直线滚动导轨B21上的直线移动，齿条安装板14经弯曲力传感器16带动弯曲压头26完成对试件的压弯动作；所述的直线滚动导轨B21的下滑轨安装于底板7的定位槽内，保证两条导轨的平行度要求，同时满足与试样的垂直度要求；在电磁离合器19断电的情况下，可通过手动的方式推动齿条安装板14调节弯曲压头初始位置，保证弯曲压头26和试样33具有良好的初始接触特性；