一種多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機，其特征在于：包括拉/壓模塊（1）、扭轉模塊（2）、壓痕模塊（3）、原位觀測模塊（4）、三點彎曲模塊（5）、熱磁加載模塊（6）、框架支撐模塊（8）和夾持模塊（9），該試驗機整體采用臥式非對稱結構布置，單側布置拉/扭傳感器（7）和拉扭模塊傳感器；所述壓痕模塊（3）和原位觀測模塊（4）集成于同一升降臺；三點彎曲模塊（5）和熱磁加載模塊（6）集成于同一升降臺；拉/壓模塊（1）、扭轉模塊（2）安裝于框架支撐模塊（8）上。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術涉及一種多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機，屬于材料力學性能測試
。包括有微/納精度的驅動/傳動模塊、“機-電-熱-磁”加載模塊、控制模塊，并集成了高景深3D顯微成像鏡頭和拉曼光譜儀、可視化原位監測模塊，能夠動態監控加載過程中材料的變形行為、損傷機制與性能演變規律。優點在于：整機結構緊湊，節省空間布局。其中“拉伸/壓縮--扭轉-彎曲-壓痕”四種形式的載荷既可以單獨加載，也可以實現兩種或兩種以上的載荷進行組合式加載，結合熱-電-磁等外加物理場可以最大限度的模擬材料構件的真實工況下，為接近服役條件下材料微觀力學性能測試提供有效的手段和方法。【專利說明】多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機
本技術涉及材料性能測試領域，特別涉及一種多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機。
技術介紹
基于標準試樣的常規拉伸、彎曲、扭轉測試技術已經相對成熟，可以在滿足材料強度和疲勞特性等宏觀力學性能測試的需求的同時，能夠對單一載荷下的樣件進行微觀力學性能的分析。但其測試原理多為離位測試，不能對測試過程中試件的微觀組織形貌進行實時動態的觀察，因此很難將材料微觀組織變化的內在機理與材料宏觀力學性能有效地結合起來綜合分析材料的性能。特別是材料在實際工況下，往往是多載荷作用下工作，材料的各種力學性能已經不能以單一載荷測試下的性能進行評定。而現有研究中，復合載荷模式的加載主要是通過將被測試件與拉伸/壓縮軸線互成角度的不規則裝夾來實現。將驅動源輸出的加載軸向力通過不同軸或不等高的拉伸/壓縮裝夾方式，使材料內部出現拉彎組合或壓剪組合等復合載荷測試形式。這種復合的形式相對單一，不能夠有效地控制載荷的加載時間，也就無法模擬實際工況下載荷的作用情況，無法就材料及其制品在復合載荷作用下的力學性能及變性損傷機制做出準確評價，限制了材料試驗機的普及應用。同時，隨著社會的發展，具有優良的力學性能的功能材料已經逐漸被人們所使用。這就使得對電-熱-磁等多種物理場作用下的力學性能的分析的需求迫切。而現有商業化的試驗機很難滿足上述多場耦合下材料性能測試過程的模擬與檢測，因此開發一種能夠基于多種載荷多物理場耦合環境下的材料力學性能測試試驗機已成為新型材料試驗機的發展趨勢。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機，解決了現有技術存在的上述問題。是對材料在多載荷多物理場下微觀力學性能實時觀測分析的試驗機，對功能材料的測試分析亦適用。本技術可以對樣件施加“拉伸/壓縮-扭轉-彎曲-壓痕”四種形式載荷中的單一載荷，也可以在選擇性地加載溫度場、電場和磁場的同時施加其中兩種或兩種以上的復合載荷，尤其針對鐵磁、熱磁、半導體等功能性材料在溫度場、電場和磁場與應力場相耦合的情況下的力學性能測試，并且可以結合三維動態成像平臺可以對測試過程進行動態實時觀測與性能分析。為研究接近服役條件下材料的微觀組織形貌和宏觀力學性能之間的內在聯系以及裂紋的擴展規律提供有效地測試手段。本技術的上述目的通過以下技術方案實現:多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機，包括拉/壓模塊1、扭轉模塊2、壓痕模塊3、原位觀測模塊4、三點彎曲模塊5、熱磁加載模塊6、框架支撐模塊8和夾持模塊9，該試驗機整體采用臥式非對稱結構布置，單側布置拉/扭傳感器7和拉扭模塊傳感器；所述壓痕模塊3和原位觀測模塊4集成于同一升降臺；三點彎曲模塊5和熱磁加載模塊6集成于同一升降臺；拉/壓模塊1、扭轉模塊2安裝于框架支撐模塊8上；可以實現“拉伸/壓縮一扭轉-彎曲-壓痕”四種形式載荷的加載、“溫度場、電場、磁場”三種物理場的加載條件下研究功能材料在“機-電-熱-磁”多載荷多物理場耦合條件下的微觀力學性能以及原位測試。所述的拉/壓模塊I采用單側拉伸結構，由電機通過導軌直接帶動位于拉伸模塊I上的扭轉模塊2，降低了結構的復雜性。所述的扭轉模塊2通過齒輪在齒形帶30的旋轉刻度值來確定扭轉模塊2的進給量，采用滾珠花鍵來將軸向拉/壓運動與扭轉運動獨立開來，使得拉/壓模塊I和扭轉模塊2相互獨立。所述的原位觀測模塊4安裝于可上下升降的鏡頭支架42上，并且可由微調連接塊44和微調傳動箱45調節原位觀測模塊4在水平面內的自由度，滿足實時動態觀測需求。 所述的三點彎曲模塊5通過升降移動支架52下安裝的絲杠導軌64，使得上層三點彎曲模塊可相對于框架支撐模塊8整體浮動，實現內力型三點彎曲。所述的熱磁加載模塊6采用試件直接通電的方式施加電場，采用永磁體直接回路法施加磁場，采用半導體制冷和光照輻射相結合的方式實現溫度場的施加。所述的三點彎曲模塊5和熱磁加載模塊6固定于同一可升降的支架上,并且該支架可以沿試驗機橫向方向移動，實現兩個加載模塊的切換。所述的壓痕模塊3通過負載傳感器75和微進機構84精確地確定壓痕位置與壓痕位移。所述的原位觀測模塊4和壓痕模塊3固定于可沿試驗機縱向方向移動的升降平臺上，可方便的實現這兩個單原間的切換以及各自模塊相對于樣件位置的粗調。所述的框架支撐模塊8采用大理石臺面27，可有效地保證試驗機表面的平度，該大理石臺面27與氣浮隔振臺92固定，有效地降低了外界因素對試驗測試時的影響。本技術基于“機-電-熱-磁”多物理場耦合原理，其機械加載部分可實現“拉伸/壓縮-扭轉-彎曲-壓痕”四種形式載荷的施加，可根據試驗的實際要求高效地將四種外加場進行組合，完成多物理場下的測試需求。本技術的有益效果在于:1、可實現“拉伸/壓縮-扭轉-彎曲-壓痕”四種形式載荷的施加，可根據試驗的實際要求高效地將“機-電-熱-磁”四種外加場進行組合，完成多載荷多物理場下的測試需求，也可對其中的兩種或兩種以上的載荷組合加載，可以真實地模擬真實工況下材料微觀力學性能。2、在結構上進行了模塊化設計，結構緊湊、功能齊全。3、在試驗機的主體框架中集成了三維動態觀測平臺，通過觀高景深3D成像等顯微成像鏡頭和拉曼光譜儀，可以實時動態的對試樣的微觀組織形貌，對于研究材料的微觀組織形貌和宏觀力學性能之間的內在聯系提供有有效地測試手段。4、可為各類金屬材料、半導體材料、功能材料的結構設計、裝備制造、壽命預測和可靠性評估提供新方法，研究工作具有十分重要的科學意義和很高的經濟效益。【專利附圖】【附圖說明】此處所說明的附圖用來提供對本技術的進一步理解，構成本申請的一部分，本技術的示意性實例及其說明用于解釋本技術，并不構成對本技術的不當限定。圖1為本技術總體俯視圖；圖2為本技術集成拉伸模塊的整體示意圖；圖3為本技術扭轉模塊的整體示意圖；圖4為本技術原位觀測模塊的整體示意圖；圖5為本技術三點彎曲模塊示意圖；圖6為本技術熱磁模塊的示意圖；圖7為本技術壓痕模塊的示意圖；圖8為本技術壓痕模塊和原位觀測模塊的位置示意圖；圖9為本技術框架支撐模塊示意圖。圖中:1-拉/壓模塊；2_扭轉模塊；3_壓痕模塊；4_原位觀測模塊；5_三點彎曲模塊；6_熱磁加載模塊；7-拉/扭傳感器；8_框架支撐模塊；9_夾持模塊；10_拉伸伺服電機；11-減速器；12-內六角螺栓I ;13_螺母I ;14_軸套I ; 15-絲杠螺母座III ; 16本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種多載荷多物理場耦合材料微觀性能原位測試試驗機，其特征在于：包括拉/壓模塊（1）、扭轉模塊（2）、壓痕模塊（3）、原位觀測模塊（4）、三點彎曲模塊（5）、熱磁加載模塊（6）、框架支撐模塊（8）和夾持模塊（9），該試驗機整體采用臥式非對稱結構布置，單側布置拉/扭傳感器（7）和拉扭模塊傳感器；所述壓痕模塊（3）和原位觀測模塊（4）集成于同一升降臺；三點彎曲模塊（5）和熱磁加載模塊（6）集成于同一升降臺；拉/壓模塊（1）、扭轉模塊（2）安裝于框架支撐模塊（8）上。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙宏偉，任露泉，李聰，曲涵，張永利，緱旭，佟達，唐可洪，范尊強，朱仲偉，高景，程虹柄，林增宇，張富，鄒青，徐麗霞，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：實用新型
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。