[发明专利]微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法及试验装置

权利要求书

1.一种微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将块状试样加工成悬臂型试样，所述悬臂型试样包括依次连接的试样支撑部、试样共振疲劳试验部和试样测振部，所述试样共振疲劳试验部设置于所述试样支撑部顶部的一侧，所述试样测振部设置于所述试样共振疲劳试验部远离所述试样支撑部的一侧，所述试样支撑部、所述试样测振部和所述试样共振疲劳试验部的宽度和厚度均依次减小，并使得所述试样支撑部固定于硅衬底上；

步骤二、将带有所述悬臂型试样的所述硅衬底固定于叠层压电致动器的顶面上，通过数据控制系统控制所述叠层压电致动器使得所述悬臂型试样运动至测量的位置，通过所述数据控制系统控制非接触式加热装置采用热辐射的形式对所述悬臂型试样进行加热；所述非接触式加热装置包括加热头和加热装置接口，所述加热装置接口远离所述加热头的一侧设置有加热装置托台，使用过程中对所述加热装置托台进行冷却；

步骤三、通过所述数据控制系统控制激振装置采用原位电场诱导共振的激振方式使得所述悬臂型试样振动，采用激光多普勒测振仪对所述悬臂型试样中所述试样共振疲劳试验部靠近所述试样支撑部一端和所述试样测振部远离所述试样共振疲劳试验部一端进行测试，并将测得的数据传送至所述数据控制系统。

2.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤一中，将所述块状试样在SEM下利用FIB切削成棱柱型微尺度试样，用真空镊子将所述棱柱型微尺度试样放置在所述硅衬底上，并利用粘合剂将所述棱柱型微尺度试样固定于所述硅衬底上；再次利用FIB将所述棱柱型微尺度试样的一端切削为悬臂梁，将所述棱柱型微尺度试样的另一端切削为所述试样支撑部，使得所述悬臂梁的顶面与所述试样支撑部的顶面齐平；继续利用FIB将所述悬臂梁靠近所述试样支撑部的一端切削为所述试样共振疲劳试验部，所述悬臂梁未被切削的远离所述试样支撑部的另一端为所述试样测振部，使得所述试样共振疲劳试验部的顶面与所述试样测振部的顶面齐平，使得所述试样共振疲劳试验部的一端位于所述试样测振部一侧的中部，所述试样共振疲劳试验部的另一端位于所述试样支撑部一侧的中部；在步骤二中，在所述叠层压电致动器的顶面上设置样品托台，将带有所述悬臂型试样的所述硅衬底通过粘合剂固定于所述样品托台上，使用过程中对所述样品托台进行冷却。

3.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤二中，所述非接触式加热装置还包括非接触式温度传感器和温度控制器，所述加热头包括两个安装板和两个电加热丝，两个所述安装板设置于所述加热装置接口的同一侧，两个所述安装板之间存在间隙且对称设置，各所述安装板的内侧设置有一个所述电加热丝，对所述悬臂型试样加热时使得所述试样测振部位于两个所述电加热丝之间，且两个所述安装板位于同一水平面上，所述电加热丝通过所述加热装置接口与所述温度控制器连接，所述非接触式温度传感器用于测量所述试样测振部表面的温度，所述非接触式温度传感器与所述温度控制器连接，所述温度控制器与所述数据控制系统连接。

4.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤三中，所述激振装置包括对电极和合成信号发生器，所述对电极与所述合成信号发生器连接，所述合成信号发生器与所述数据控制系统连接，将所述对电极设置于所述试样测振部远离所述试样共振疲劳试验部的一侧，通过所述合成信号发生器在所述悬臂型试样和所述对电极之间施加一个叠加在直流偏置电压上的正弦交流小信号，通过调整所述正弦交流小信号的频率，当所述正弦交流小信号的频率与所述悬臂型试样的机械共振频率相匹配时，所述悬臂型试样会产生一个峰值共振振动。

5.根据权利要求1所述的微纳米材料与结构力热耦合高周疲劳试验方法，其特征在于，在步骤三中，所述激光多普勒测振仪包括激光发射器、光电探测器和振动控制器，所述光电探测器设置于所述激光发射器的下部，所述激光发射器和所述光电探测器均与所述振动控制器连接，所述振动控制器与所述数据控制系统连接，使用时所述激光发射器发射激光束到所述悬臂型试样的表面，所述光电探测器将测得的数据通过所述振动控制器传至所述数据控制系统。