[实用新型]多载荷多物理场耦合材料微观性能原位测试试验机

说明书

技术领域

    本实用新型涉及材料性能测试领域，特别涉及一种多载荷多物理场耦合材料微观性能原位测试试验机。 

背景技术

基于标准试样的常规拉伸、弯曲、扭转测试技术已经相对成熟，可以在满足材料强度和疲劳特性等宏观力学性能测试的需求的同时，能够对单一载荷下的样件进行微观力学性能的分析。但其测试原理多为离位测试，不能对测试过程中试件的微观组织形貌进行实时动态的观察，因此很难将材料微观组织变化的内在机理与材料宏观力学性能有效地结合起来综合分析材料的性能。特别是材料在实际工况下，往往是多载荷作用下工作，材料的各种力学性能已经不能以单一载荷测试下的性能进行评定。 

而现有研究中，复合载荷模式的加载主要是通过将被测试件与拉伸/压缩轴线互成角度的不规则装夹来实现。将驱动源输出的加载轴向力通过不同轴或不等高的拉伸/压缩装夹方式，使材料内部出现拉弯组合或压剪组合等复合载荷测试形式。这种复合的形式相对单一，不能够有效地控制载荷的加载时间，也就无法模拟实际工况下载荷的作用情况，无法就材料及其制品在复合载荷作用下的力学性能及变性损伤机制做出准确评价，限制了材料试验机的普及应用。 

同时，随着社会的发展，具有优良的力学性能的功能材料已经逐渐被人们所使用。这就使得对电-热-磁等多种物理场作用下的力学性能的分析的需求迫切。而现有商业化的试验机很难满足上述多场耦合下材料性能测试过程的模拟与检测，因此开发一种能够基于多种载荷多物理场耦合环境下的材料力学性能测试试验机已成为新型材料试验机的发展趋势。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多载荷多物理场耦合材料微观性能原位测试试验机，解决了现有技术存在的上述问题。是对材料在多载荷多物理场下微观力学性能实时观测分析的试验机，对功能材料的测试分析亦适用。本实用新型可以对样件施加“拉伸/压缩-扭转-弯曲-压痕”四种形式载荷中的单一载荷，也可以在选择性地加载温度场、电场和磁场的同时施加其中两种或两种以上的复合载荷，尤其针对铁磁、热磁、半导体等功能性材料在温度场、电场和磁场与应力场相耦合的情况下的力学性能测试，并且可以结合三维动态成像平台可以对测试过程进行动态实时观测与性能分析。为研究接近服役条件下材料的微观组织形貌和宏观力学性能之间的内在联系以及裂纹的扩展规律提供有效地测试手段。 

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现： 

多载荷多物理场耦合材料微观性能原位测试试验机，包括拉/压模块1、扭转模块2、压痕模块3、原位观测模块4、三点弯曲模块5、热磁加载模块6、框架支撑模块8和夹持模块9，该试验机整体采用卧式非对称结构布置，单侧布置拉/扭传感器7和拉扭模块传感器；所述压痕模块3和原位观测模块4集成于同一升降台；三点弯曲模块5和热磁加载模块6集成于同一升降台；拉/压模块1、扭转模块2安装于框架支撑模块8上；可以实现“拉伸/压缩--扭转-弯曲-压痕”四种形式载荷的加载、“温度场、电场、磁场”三种物理场的加载条件下研究功能材料在 “机-电-热-磁”多载荷多物理场耦合条件下的微观力学性能以及原位测试。

所述的拉/压模块1采用单侧拉伸结构，由电机通过导轨直接带动位于拉伸模块1上的扭转模块2，降低了结构的复杂性。 

所述的扭转模块2通过齿轮在齿形带30的旋转刻度值来确定扭转模块2的进给量，采用滚珠花键来将轴向拉/压运动与扭转运动独立开来，使得拉/压模块1和扭转模块2相互独立。 

所述的原位观测模块4安装于可上下升降的镜头支架42上，并且可由微调连接块44和微调传动箱45调节原位观测模块4在水平面内的自由度，满足实时动态观测需求。 

所述的三点弯曲模块5通过升降移动支架52下安装的丝杠导轨64，使得上层三点弯曲模块可相对于框架支撑模块8整体浮动，实现内力型三点弯曲。 

所述的热磁加载模块6采用试件直接通电的方式施加电场，采用永磁体直接回路法施加磁场，采用半导体制冷和光照辐射相结合的方式实现温度场的施加。 

所述的三点弯曲模块5和热磁加载模块6固定于同一可升降的支架上，并且该支架可以沿试验机横向方向移动，实现两个加载模块的切换。 

所述的压痕模块3通过负载传感器75和微进机构84精确地确定压痕位置与压痕位移。 

所述的原位观测模块4和压痕模块3固定于可沿试验机纵向方向移动的升降平台上，可方便的实现这两个单原间的切换以及各自模块相对于样件位置的粗调。