[实用新型]拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机电一体化精密科学仪器领域,特别涉及一种基于拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置。

背景技术

金属疲劳是材料科学的一个重要组成部分，已日益显示出它在提高产品质量和工程应用中的重要作用。受商业化试验机限制实验周期较长、耗费较大，且材料试件疲劳断裂微观结构都是在疲劳实验结束后采用扫描显微镜等成像设备进行研究分析的，不能实现材料试件受多种载荷应力作用下材料微观形貌实时观测，对材料疲劳力学性能研究有一定的局限性。

疲劳试验机按测试试样的加载方式可分为：拉－压疲劳试验机、弯曲疲劳试验机、扭转疲劳试验机、复合应力疲劳试验机等。实际工程中的板、壳结构部件所承受的大多是多种载荷同时作用，如拉伸一弯曲复合载荷模式、弯曲一疲劳复合载荷模式、拉伸一扭转复合载荷模式等,因此,解析复合载荷模式作用下的材料的力学性能及其变性损伤机制对材料学的发展具有不可忽视的现实意义。同时四点弯曲疲劳试验是用于测量材料弯曲疲劳性能的一种试验方法。

因此设计开发一种集拉伸/压缩、四点弯曲、拉伸疲劳、四点弯曲疲劳多种载荷加载模式于一体的跨尺度原位材料力学测试平台,对实时原位监测材料的微观力学行为和变性损伤机制具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置,解决了现有技术存在的上述问题。可集成拉伸测试、四点弯曲测试、疲劳测试及基于上述两种单一载荷形式的复合载荷测试，即可给定拉伸应力下的四点弯曲测试、给定四点弯曲应力下的拉伸测试、给定拉伸应力下的四点弯曲疲劳测试或给定四点弯曲应力状态下的拉伸疲劳测试,还可以同时进行拉伸疲劳、四点弯曲疲劳复合加载测试。此外本实用新型测试装置结构小巧，可在多种显微镜下开展上述测试，对材料的微观变形、损伤和断裂过程进行原位监测。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种拉伸疲劳-四点弯曲疲劳原位力学测试装置，包括四点弯曲预载荷加载单元、四点弯曲疲劳加载单元、拉伸预载荷加载单元、拉伸疲劳加载单元以及上位机；

所述的四点弯曲预载荷加载单元包括：直流伺服电机Ⅰ、电机法兰盘Ⅰ、单向滚珠丝杠Ⅱ以及位移传感器Ⅱ，其中，直流伺服电机Ⅰ通过电机法兰盘Ⅰ与测试平台基座相连，直流伺服电机Ⅰ的输出轴依次经由第一减速增扭单元实现减速、增扭后与单向滚珠丝杠Ⅱ的丝杠转动副连接，单向滚珠丝杠Ⅱ上的螺母移动副上固定连接弯曲模块支撑座,测试平台基座上设有用于测量弯曲模块支撑座位移量的位移传感器Ⅱ，弯曲模块支撑座上刚性固定所述四点弯曲疲劳加载单元；

所述四点弯曲疲劳加载单元包括：压电叠堆I、柔性铰链Ⅰ、力传感器Ⅰ和四点弯曲压头；其中，压电叠堆I安装于柔性铰链Ⅰ的凹槽内,通过预紧螺钉进行预紧，四点弯曲压头经由力传感器Ⅰ安装于柔性铰链Ⅰ的输出端处，柔性铰链Ⅰ刚性固定在弯曲模块支撑座上；

所述拉伸预载荷加载单元包括：直流伺服电机Ⅱ、电机法兰盘Ⅱ、精密双向滚珠丝杠、拉伸夹持台I、拉伸夹持台II、夹具Ⅰ以及力传感器Ⅱ，其中，直流伺服电机Ⅱ通过电机法兰盘Ⅱ安装在测试平台基座上，通过第二减速增扭单元实现减速、增扭后与精密双向滚珠丝杠的丝杠转动副连接，精密双向滚珠丝杠上两个螺母移动副中的一个连接拉伸夹持台I，另一个连接拉伸夹持台II，夹具Ⅰ通过拉伸夹持台Ⅰ和拉伸夹持台Ⅱ安装在与测试平台基座固连的直线导轨滑块Ⅱ上；在夹具Ⅰ的端部安装有用于检测测试试件所受拉力的力传感器Ⅱ，夹具Ⅰ下方设置有随时监测拉伸量的位移传感器Ⅱ；

所述拉伸疲劳加载单元包括：柔性铰链Ⅱ、压电叠堆Ⅱ、夹具Ⅱ以及位移传感器Ⅱ,所述压电叠堆Ⅱ安装在柔性铰链Ⅱ内,柔性铰链Ⅱ固定端通过螺钉固定在拉伸夹持台Ⅰ上,柔性铰链Ⅱ的活动端与夹具Ⅱ相连,夹具Ⅱ通过拉伸夹持台Ⅰ、拉伸夹持台Ⅱ安装在与测试平台基座固连的直线导轨滑块Ⅱ上；

所述上位机分别与直流伺服电机Ⅰ、位移传感器Ⅱ、压电叠堆I、力传感器Ⅰ、直流伺服电机Ⅱ、力传感器Ⅱ、接触式位移传感器Ⅱ、以及压电叠堆Ⅱ控制连接。

所述第一减速增扭单元包括传动连接的蜗轮Ⅰ和蜗杆Ⅰ；所述第二减速增扭单元包括传动连接的蜗轮Ⅱ和蜗杆Ⅱ。

所述测试平台基座上设有位移传感器支座Ⅰ，弯曲模块支撑座的侧部固定连接有L形挡板；所述位移传感器Ⅱ安装在位移传感器支座Ⅰ上,用来测量L型挡板的位移量，进而得出四点弯曲压头的位移量。