[发明专利]基于机械差分法的非热稳态力学测试装置及其应用方法

权利要求书

1.一种基于机械差分法的非热稳态力学测试装置，其特征在于，包括温控箱、力传感器、下压头机构、上压头机构、横梁和位移测试机构；

所述力传感器、下压头机构、上压头机构和位移测试机构沿竖直方向同轴依次设置，所述力传感器与下压头机构的底部抵接，用于获取受力数据；

所述下压头机构与上压头机构之间设有容纳待测样品的间隙，所述温控箱环设于待测样品处，用于控制温度并获取温度数据；

所述位移测试机构沿竖直方向依次贯穿所述横梁、上压头机构后延伸至与所述下压头机构抵接，用于获取待测样品的位移数据；

所述上压头机构顶部与所述横梁的底部垂直连接，所述位移测试机构与横梁的顶部连接，所述横梁用于控制所述位移数据或受力数据的变化；

所述下压头机构包括下压头，所述上压头机构包括上底座、上管体和上压头；所述位移测试机构包括传感器固定件、位移传感器、第一差分杆、第二差分杆和变温补偿杆；所述传感器固定件底部与所述横梁顶部连接，所述位移传感器嵌设于所述传感器固定件内腔中，所述第一差分杆与第二差分杆均沿竖直方向设置；所述第一差分杆一端与所述传感器固定件连接，另一端依次贯穿所述横梁、上底座、上管体后与所述上压头连接；所述第二差分杆一端与所述位移传感器连接，另一端依次贯穿所述横梁、上底座、上管体后与所述变温补偿杆同轴连接，所述变温补偿杆远离所述第二差分杆一端与所述下压头抵接；

所述第一差分杆与第二差分杆由相同热膨胀系数的刚性材料制成；

温度变化时，所述上压头与变温补偿杆满足：

L₁/ L₂=α₂/α₁

其中，L₁为所述上压头的初始长度，α₁为所述上压头的热膨胀系数，L₂为所述变温补偿杆的初始长度，α₂为所述变温补偿杆的热膨胀系数。

2.根据权利要求1中所述的基于机械差分法的非热稳态力学测试装置，其特征在于，所述基于机械差分法的非热稳态力学测试装置还包括框体，所述温控箱、力传感器、下压头机构、上压头机构、横梁和位移测试机构均设置于所述框体的内腔中，所述力传感器的底部与框体的内腔底部抵接，所述横梁与框体的内腔侧壁滑动连接。

3.根据权利要求1中所述的基于机械差分法的非热稳态力学测试装置，其特征在于，所述下压头机构包括沿竖直方向同轴设置的下底座、下管体、下压头座和下压头；

所述下底座的底部与所述力传感器连接，所述下管体固定设置于所述下底座的顶部内腔中，所述下管体的顶部与所述下压头座的底部嵌合连接，所述下压头嵌设于所述下压头座的顶部；

所述下底座设有第一水冷通道，所述下管体的内腔通过所述第一水冷通道同外部水冷装置连通。

4.根据权利要求3中所述的基于机械差分法的非热稳态力学测试装置，其特征在于，所述上压头机构包括沿竖直方向同轴设置的上底座、上管体、上压头座和上压头；

所述上底座的顶部与所述横梁的底部连接，所述上管体固定设置于所述上底座的底部内腔中，所述上管体的底部与所述上压头座的顶部嵌合连接，所述上压头嵌设于所述上压头座的底部，所述上压头与下压头之间预留有容纳待测样品的间隙，且所述下压头的上表面与上压头的下表面之间的间距为所述待测样品的位移数据；

所述上底座设有第二水冷通道，所述上管体的内腔通过所述第二水冷通道同外部水冷装置连通。

5.一种如权利要求1~4中任一所述基于机械差分法的非热稳态力学测试装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

同步获取温度数据、受力数据以及位移数据，控制温控箱的温度或者横梁的位置，使其中任意一项数据保持恒定，获取另两项数据之间的关系。