[发明专利]压电致动型材料疲劳力学性能测试装置

权利要求书

1.一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。

2.根据权利要求1所述的压电致动型材料疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的四组圆弧过渡型柔性铰链（1）采用平行四边形的内包络拓扑结构排布，每组柔性铰链由四级孤形弹性单元串联组成，每两级弹性单元轴线互相垂直，其角变形弹性输出可为疲劳测试提供精确线应变；四组压电叠堆（2）共面排布，其空间拓扑结构为并联式，在相同电压信号驱动下，互为同轴的两组压电叠堆（2）输出同轴异向运动，且输出的同步响应变形量一致。

3.根据权利要求1所述的压电致动型材料疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的压电致动型材料疲劳力学性能测试装置主体尺寸为105mm×92mm×28mm，通过其固定基座（10）上的一组螺纹孔可安装在主流扫描电子显微镜的载物平台上。

4.根据权利要求1所述的压电致动型材料疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的弧形滑动楔块Ⅰ（7）及弧形滑动楔块Ⅱ（11）在空间上两两对称排布，且与固定楔块紧固螺钉（16）的接触面为弧形曲面，弧形滑动楔块Ⅰ（7）及弧形滑动楔块Ⅱ（11）的平面端与压电叠堆（2）保持面接触，与固定楔块紧固螺钉（16）保持线接触；固定楔块紧固螺钉（16）具有13.5°的楔形倾角，可实现自锁功能，最大预紧力可到325.6N。

5.根据权利要求1所述的压电致动型材料疲劳力学性能测试装置，其特征在于：所述的夹具体（4）上设置宽度为3mm、高度为0.5mm、且带有通过线切割加工出的锯齿状结构，压板（6）上同样设置宽度为3mm、深度为0.5mm、且带有通过电火花加工出的锯齿状结构，被测试件（15）的夹持端的深度亦为3mm，通过该等宽约束模式可保证不同厚度的被测试件（15）在拉伸/压缩模式疲劳测试中的对中性。