CN108267372A - 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备 - Google Patents

双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备 Download PDF

Info

Publication number
CN108267372A
CN108267372A CN201810270421.4A CN201810270421A CN108267372A CN 108267372 A CN108267372 A CN 108267372A CN 201810270421 A CN201810270421 A CN 201810270421A CN 108267372 A CN108267372 A CN 108267372A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fixture
lower plate
plate
test specimen
fixture lower
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810270421.4A
Other languages
English (en)
Inventor
侯鹏亮
张青
朱天龙
周汉生
赵安然
董香龙
徐晓明
朱刘寅
刘鹏
朱奔驰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangcheng Institute of Technology
Yancheng Institute of Technology
Original Assignee
Yangcheng Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangcheng Institute of Technology filed Critical Yangcheng Institute of Technology
Priority to CN201810270421.4A priority Critical patent/CN108267372A/zh
Publication of CN108267372A publication Critical patent/CN108267372A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/18—Performing tests at high or low temperatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
    • G01N2001/366—Moulds; Demoulding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0032—Generation of the force using mechanical means
    • G01N2203/0037—Generation of the force using mechanical means involving a rotating movement, e.g. gearing, cam, eccentric, or centrifuge effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0254—Biaxial, the forces being applied along two normal axes of the specimen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明涉及一种双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备。所述双轴拉伸力学性能测试仪器主要针对薄膜材料进行拉伸试验，使用时将待测试的试件放入夹具上板组件和夹具下板组件之间固定，使用拉伸装置对试件进行双轴或单轴拉伸，然后利用作用力检测装置检测拉伸方向上试件所受到的力，并通过位移检测装置检测拉伸方向上试件产生的尺寸变化；同时，由于本发明提供的拉伸力学性能测试仪器的体积小，结构紧凑，可以直接与Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜相结合，实现对被测试试件的微观损伤演变进行原位表征，为研究材料的微观损伤演变规律和失效机理提供参考。

Description

双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备
技术领域
本发明涉及力学性能测试仪器技术领域，具体地，涉及一种双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备。
背景技术
纺织材料和薄膜材料是日常使用很广泛的一类材料，在纺织材料平面上，经纬线互相垂直。由于经纬线性能各异，因此织物应该认为正交各向异性的。薄膜材料没有弯曲刚度，仅能抵抗拉力。然而在实际使用过程中，并非受到单一形式的破坏，而是复杂应力的共同作用。这就要求纺织或薄膜材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能，而要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素，就必须结合材料的失效形式，通过设计实验来了解材料各方面的力学性能。
其中，拉伸试验则是应用最广泛的力学性能试验方法之一。传统的拉伸试验一般是在万能材料试验机上进行的，试验时，调整移动横梁至适当位置，将标准试样处于铅垂并位于中间位置时夹紧试样，然后在标准试样上加载进行拉伸，由于拉伸疲劳加载比较符合实际生产中结构件以及功能件的实际工作情况，所以常在拉伸试验中被采用。
原位力学性能测试是指在微、纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试，通过电子显微镜等观测仪器对载荷作用下材料发生的微观变形损伤进行全程动态监测的一种力学测试技术。该技术深入的揭示了各类材料及其制品的微观力学行为、损伤机理及其与载荷作用和材料性能间的相关性规律。但是这种拉伸测试装置体积大，属于“非原位”拉伸测试领域，即在测试的动态过程中，不能借助于扫描电子显微镜，拉曼光谱仪，激光共聚焦显微镜，超景深显微镜等显微成像组件对被测试件在拉伸加载工况下，开展原位实时的动态监测。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备，以解决现有技术中存在的现有的拉伸测试装置体积大，属于“非原位”拉伸测试领域，即在测试的动态过程中，不能借助于扫描电子显微镜，拉曼光谱仪，激光共聚焦显微镜，超景深显微镜等显微成像组件对被测试件在拉伸加载工况下，开展原位实时的动态监测的技术问题。
在本发明的实施例中提供了一种双轴拉伸力学性能测试仪器，所述双轴拉伸力学性能测试仪器包括有底座和设置于底座上的夹具固定装置、拉伸装置、作用力检测装置及位移检测装置；所述夹具固定装置用于固定待测试的试件，所述夹具固定装置包括有夹具上板组件和夹具下板组件，试件放置于所述夹具上板机构和夹具下板机构之间，所述夹具下板组件包括有相互垂直设置的第一夹具下板组件和第二夹具下板组件，第一夹具下板组件包括有相互平行设置的夹具下板a与夹具下板b，第二夹具下板组件包括有相互平行设置的夹具下板c与夹具下板d，所述夹具上板组件包括有夹具上板a、夹具上板b、夹具上板c、夹具上板d，所述夹具上板a位于夹具下板a上方，所述夹具上板b位于夹具下板b上方，所述夹具上板c位于夹具下板c上方，所述夹具上板d位于夹具下板d上方，对试件进行装夹；所述拉伸装置的数量为四个，所述拉伸装置分别与夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d相连接，用于对试件在相互垂直的两个方向上施加拉力和压力；所述位移检测装置数量为四个，所述位移检测装置分别与夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d相连接，用于对试件在四个方向上的位移进行测量；所述作用力检测装置的数量至少为两个，两个所述作用力检测装置分别与相互垂直的两个所述夹具下板相连接，用于对试件在两个相互垂直的方向上所受的作用力进行测量。
优选地，所述夹具上板和夹具下板上均设置有多个固定孔，所述夹具固定装置还包括有圆柱销和螺丝，试件安装在夹具上板组件和夹具下板组件之间，圆柱销依次穿过夹具上板的固定孔、试件和夹具下板的固定孔起到定位作用，所述螺丝将依次穿过夹具上板的固定孔、试件和夹具下板的固定孔拧紧以实现试件的固定。
优选地，所述夹具固定装置还包括有夹具支撑板和夹具固定销，所述夹具支撑板的数量至少为两个，两个所述夹具支撑板设置于两个相互垂直的夹具下板的下方，所述夹具支撑板上设置有多个固定孔，所述夹具固定销通过夹具下板和夹具支撑板上的固定孔将所述夹具支撑板和夹具下板固定，所述夹具支撑板固定设置于所述底座上。
优选地，所述拉伸装置包括有驱动单元、大直齿圆锥齿轮和与所述大直齿圆锥齿轮相互啮合设置的小直齿圆锥齿轮a、小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮c和小直齿圆锥齿轮d，所述小直齿圆锥齿轮a和小直齿圆锥齿轮c相互平行设置，所述小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮d相互平行设置，且所述小直齿圆锥齿轮a分别与小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮d相互垂直；所述小直齿圆锥齿轮a、小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮c、小直齿圆锥齿轮d对应地与丝杠a、丝杠b、丝杠c、丝杠d分别连接，所述丝杠a、丝杠b、丝杠c、丝杠d又分别对应地与夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d相连接，用于驱动所述夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d沿所在方向轴向移动，从而实现对试件四个轴向方向上的施力。
优选地，所述位移检测装置包括有固定板、位移传感器、位移传感器支座和支撑板，所述固定板和支撑板固定在所述底座上，丝杆的一端固定设置于所述固定板上，丝杠的另一端通过所述支撑板与夹具下板相互连接，所述支撑板与丝杠滑动连接；所述位移传感器支座的一端固定在所述固定板上，另一端固定在所述支撑板上，所述位移传感器固定在所述位移传感器支座上，且所述位移传感器与对应的夹具下板相连接，用于感应所述夹具下板沿所述丝杆所在方向的轴线上的位移。
优选地，所述作用力检测装置包括有力传感器，所述力传感器位于所述支撑板与夹具支撑板之间，用于并且与所述支撑板固定安装，且所述力传感器与所述夹具支撑板相连接，用于检测试件所受到的力的载荷大小。
优选地，所述双轴拉伸力学性能测试仪器还包括有加热机构，所述加热机构位于所述夹具机构下方，用于对所述试件进行加热；所述加热机构包括有加热台和加热台支撑板，所述加热台可拆卸地固定在所述加热台支撑板上，所述加热台支撑板固定于所述底座上。
优选地，所述双轴拉伸力学性能测试仪器还包括有试件标准化制作仪器，用于制作标准化试件。
优选地，所述试件标准化制作仪器包括有沿竖直方向设置的上模座和下模座，所述上模座和下模座通过圆柱销固定定位；所述下模座上设置有承料板，用于放置待处理的试件；所述上模座上设置有模柄、凸模固定板和材料固定板，所述凸模固定板与上模座相连，所述模柄与凸模固定板相连，且穿过所述上模座上的固定孔，所述模柄用于控制所述凸模固定板沿竖直方向移动，所述凸模固定板下方通过弹簧与材料固定板连接，所述凸模固定板朝向所述下模座的一侧设置有刀具，所述刀具的设置位置与夹具上板和夹具下板上的固定孔的位置设置一致。
在本发明的实施例中提供了一种原位微观力学性能测试设备，所述原位微观力学性能测试设备包括有原位观测仪器及如上所述的双轴拉伸力学性能测试仪器。
本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器使用时将待测试的试件放入夹具上板组件和夹具下板组件之间固定，使用拉伸装置对试件进行拉伸，然后利用作用力检测装置检测拉伸方向上试件所受到的力，和利用位移检测装置检测拉伸方向上试件产生的尺寸变化；同时，由于本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的体积小，结构紧凑，可以直接与Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜相结合，实现对被测试试件的微观损伤的演变进行原位的监测，为研究材料的失效机理提供参考。与现有的设备设备体积大、结构复杂、费用昂贵及兼容性差等问题相比，本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器通过不同的载荷加载方式对材料试件进行材料微观力学性能测试，进而提供可靠的材料原位微观力学性能测试。
本发明提供的原位微观力学性能测试设备，其包括有原位观测仪器及如上所述的双轴拉伸力学性能测试仪器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的结构示意图；
图2为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的俯视图；
图3为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的侧视图；
图4为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的夹具固定装置的结构示意图；
图5为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的驱动单元、大直齿圆锥齿轮和小直齿圆锥齿轮的连接结构示意图；
图6为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的侧视***图；
图7为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的试件的主视图；
图8为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的试件标准化制作仪器的侧视图；
图9为本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的试件标准化制作仪器的结构示意图。
图标：1－底座；2－夹具固定销；3－夹具下板a；4－力传感器a；5－固定板a；6－力传感器支撑板a；7－丝杠a；8－导轨a；9－夹具支撑板a；10－夹具上板a；11－底座支撑柱；12－位移传感器支撑板a；13－位移传感器支座a；14－位移传感器a；15－丝杠b；16－固定板b；17－导轨b；18－夹具下板b；19－夹具上板b；20－夹具下板c；21－位移传感器支撑板b；22－导轨c；23－丝杠c；24－位移传感器b；25－固定板c；26－位移传感器支座b；27－夹具上板c；28－夹具支撑板b；29－力传感器b；30－固定板d；31－丝杠d；32－力传感器支撑板b；33－导轨d；34－夹具下板d；35－夹具上板d；36－－加热台；37－小直齿圆锥齿轮a；38－大直齿圆锥齿轮；39－小直齿圆锥齿轮b；40－小直齿圆锥齿轮c；41－小直齿圆锥齿轮d；42－电机；43－模柄；44－凸模固定板；45－弹簧；46－刀具；47－材料固定板；48－上模座；49－承料板；50－下模座；51－圆柱销；52－试件；53－加热台支撑板；54－螺丝；55－位移传感器c；56－位移传感器d；57－位移传感器支座c；58－位移传感器支座d。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语如出现“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备，并给出其实施方式。
如图1－图3所示，本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器，其包括有底座1和设置于底座1上的夹具固定装置、拉伸装置、作用力检测装置及位移检测装置；夹具固定装置用于固定待测试的试件52，夹具固定装置包括有夹具上板组件和夹具下板组件，试件52放置于夹具上板机构和夹具下板机构之间，夹具下板组件包括有相互垂直设置的第一夹具下板组件和第二夹具下板组件，第一夹具下板组件包括有相互平行设置的夹具下板a3与夹具下板b18，第二夹具下板组件包括有相互平行设置的夹具下板c20与夹具下板d34，夹具上板组件包括有夹具上板a10、夹具上板b19、夹具上板c27、夹具上板d35，夹具上板a10位于夹具下板a3上方，夹具上板b19位于夹具下板b18上方，夹具上板c27位于夹具下板c20上方，夹具上板d35位于夹具下板d34上方，对试件52进行装夹；拉伸装置的数量为四个，拉伸装置分别与夹具下板a3、夹具下板b18、夹具下板c20、夹具下板d34相连接，用于对试件52在相互垂直的两个方向上施加拉力和压力；位移检测装置数量为四个，位移检测装置分别与夹具下板a3、夹具下板b18、夹具下板c20、夹具下板d34相连接，用于对试件52在四个方向上的位移进行测量；作用力检测装置的数量至少为两个，两个作用力检测装置分别与相互垂直的两个夹具下板相连接，用于对试件52在两个相互垂直的方向上所受的作用力进行测量。
本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器使用时将待测试的试件52放入夹具上板组件和夹具下板组件之间固定，使用拉伸装置对试件52进行拉伸，然后利用作用力检测装置检测拉伸方向上试件52所受到的力，和利用位移检测装置检测拉伸方向上试件52产生的尺寸变化；同时，由于本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器的体积小，结构紧凑，可以直接与Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜相结合，实现对被测试试件52的微观损伤的演变进行原位的监测，为研究材料的失效机理提供参考。与现有的设备设备体积大、结构复杂、费用昂贵及兼容性差等问题相比，本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器通过不同的载荷加载方式对材料试件52进行材料微观力学性能测试，进而提供可靠的材料原位微观力学性能测试。
如图4所示，夹具上板和夹具下板上均设置有多个固定孔，夹具固定装置还包括有圆柱销51和螺丝54，试件52安装在夹具上板组件和夹具下板组件之间，圆柱销51依次穿过夹具上板的固定孔、试件52和夹具下板的固定孔起到定位作用，螺丝54将依次穿过夹具上板的固定孔、试件52和夹具下板的固定孔拧紧以实现试件52的固定。试件52的样本总体尺寸大小60×60mm，夹具上板a10与夹具下板a3、夹具上板b19与夹具上板b19、夹具上板c27与夹具下板c20、夹具上板d35与夹具下板d34之间通过圆柱销51进行定位和螺丝54进行固定，试件52安装在夹具上板与夹具下板之间，由圆柱销51依次穿过夹具上板的固定孔、试件52与夹具下板的固定孔进行定位，同时试件52的锁紧由螺丝54的拧紧来实现，由此构成试件52的装夹结构。采用平铺结构布局，有助于和其他商业化的材料性能表征仪器设备相兼容；同时采用自行设计的夹具固定装置，夹具的尺寸可根据测试试件52的尺寸更换，使得装夹更加合理，实验结果更加精确。
夹具固定装置还包括有夹具支撑板和夹具固定销2，夹具支撑板的数量至少为两个，两个夹具支撑板设置于两个相互垂直的夹具下板的下方，夹具支撑板上设置有多个固定孔，夹具固定销2通过夹具下板和夹具支撑板上的固定孔将夹具支撑板和夹具下板固定，夹具支撑板固定设置于底座1上。优选地，夹具固定装置中的夹具上板组件和夹具下板组件及夹具支撑板通过螺纹连接安装在底座1上面，因此拆卸方便，互换性好。底座1下方设置有底座支撑柱11用于支撑底座1。
如图5所示，拉伸装置包括有驱动单元、大直齿圆锥齿轮38和与大直齿圆锥齿轮38相互啮合设置的小直齿圆锥齿轮a37、小直齿圆锥齿轮b39、小直齿圆锥齿轮c40和小直齿圆锥齿轮d41，小直齿圆锥齿轮a37和小直齿圆锥齿轮c40相互平行设置，小直齿圆锥齿轮b39、小直齿圆锥齿轮d41相互平行设置，且小直齿圆锥齿轮a37分别与小直齿圆锥齿轮b39、小直齿圆锥齿轮d41相互垂直；小直齿圆锥齿轮a37、小直齿圆锥齿轮b39、小直齿圆锥齿轮c40、小直齿圆锥齿轮d41对应地与丝杠a7、丝杠b15、丝杠c23、丝杠d31分别连接，丝杠a7、丝杠b15、丝杠c23、丝杠d31又分别对应地与夹具下板a3、夹具下板b18、夹具下板c20、夹具下板d34相连接，用于驱动夹具下板a3、夹具下板b18、夹具下板c20、夹具下板d34沿所在方向轴向移动，从而实现对试件52四个轴向方向上的施力。
进一步地，丝杠a7、丝杠b15、丝杠c23、丝杠d31相同轴向方向上对应设置有四个导轨：导轨a8、导轨b17、导轨c22、导轨d33，确保丝杠运动方向。
位移检测装置包括有固定板、位移传感器、位移传感器支座和支撑板，固定板和支撑板固定在底座1上，丝杆的一端固定设置于固定板上，丝杠的另一端通过支撑板与夹具下板相互连接，支撑板与丝杠滑动连接；位移传感器支座的一端固定在固定板上，另一端固定在支撑板上，位移传感器固定在位移传感器支座上，且位移传感器与对应的夹具下板相连接，用于感应夹具下板沿丝杆所在方向的轴线上的位移。位移检测装置的数量为四个，位移传感器支座a13、位移传感器支座b26、位移传感器支座c57和位移传感器支座d58分别与位移传感器a14、位移传感器b24、位移传感器c55和位移传感器d56相连，位移传感器支座a13、位移传感器支座b26，位移传感器支座c57和位移传感器支座d58固定在底座1上，进行对测试试件52受双轴拉伸应力的位移大小的记录。
作用力检测装置包括有力传感器，力传感器位于支撑板与夹具支撑板之间，用于并且与支撑板固定安装，且力传感器与夹具支撑板相连接，用于检测试件52所受到的力的载荷大小。力传感器包括有力传感器a4和力传感器b29，力传感器a4安装在力传感器支撑板a6上，力传感器b29安装在力传感器支撑板b32上，传感器支撑板a6和力传感器支撑板b32固定在底座1上，夹具支撑板包括有夹具支撑板a9和夹具支撑板b28，力传感器a4与夹具支撑板a9相连接，力传感器b29与夹具支撑板b28相连接，通过力传感器a4测量对夹具支撑板a9的挤压力的大小和力传感器b29对夹具支撑板b28的挤压力的大小完成对被测材料试件52所受载荷大小的记录。
支撑板包括有力传感器支撑板a6、力传感器支撑板b32、位移传感器支撑板a12、位移传感器支撑板b21。丝杠a7、丝杠b15、丝杠c23、丝杠d31又分别与力传感器支撑板a6、力传感器支撑板b32、位移传感器支撑板a12、位移传感器支撑板b21相连，同时又由固定板a5、固定板b16、固定板c25、固定板d30所固定，从而实现进给运动。
驱动单元可以为电机42，通过电机42驱动大直齿圆锥齿轮38带动底部四个小直齿圆锥齿轮转动，四个小直齿圆锥齿轮和相对应的双向丝杠螺母副连接实现准静态加载，同时位移传感器及力传感器分别对位移和载荷进行记录，通过对传感器数据的分析，得出被测试材料试件52的原位微观力学性能。采用了简便可行的电机42驱动一个大直齿圆锥齿轮38带动四个小直齿圆锥齿轮转动，没有冗杂传动环节的能量损失，使整体布局更加合理，传动平稳，传动效率及应力测量数据的准确性得到提高。使得本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器具有结构紧凑、同步性好、能耗小、测试范围广等优点。
如图6所示，双轴拉伸力学性能测试仪器还包括有加热机构，加热机构位于夹具机构下方，用于对试件52进行加热；加热机构包括有加热台36和加热台支撑板53，加热台36可拆卸地固定在加热台支撑板53上，加热台支撑板53固定于底座1上。可拆卸的加热台36可以对不同温度要求材料的试件52进行测试，增加了测试仪器的应用范围。
如图7－图9所示，双轴拉伸力学性能测试仪器还包括有试件52标准化制作仪器，用于制作标准化试件52。试件52的标准化由试件52标准化制作仪器实现，控制材料形状对试验造成的影响。
具体地，试件52标准化制作仪器包括有沿竖直方向设置的上模座48和下模座50，上模座48和下模座50通过圆柱销51固定定位；下模座50上设置有承料板49，用于放置待处理的试件52；上模座48上设置有模柄43、凸模固定板44和材料固定板47，凸模固定板44与上模座48相连，模柄43与凸模固定板44相连，且穿过上模座48上的固定孔，模柄43用于控制凸模固定板44沿竖直方向移动，凸模固定板44下方通过弹簧45与材料固定板47连接，凸模固定板44朝向下模座50的一侧设置有刀具46，刀具46的设置位置与夹具上板和夹具下板上的固定孔的位置设置一致。在使用时，将试件52放在承料板49上，压动模柄43，使得凸模固定板44和材料固定板47向试件52方向移动，材料固定板47固定住试件52，同时刀具46对试件52实现标准化的固定孔裁剪。
进一步地，本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器通过螺纹实现各部分的连接固定，安装方便，互换性高。
本发明提供的原位微观力学性能测试设备，其包括有原位观测仪器及如上所述的双轴拉伸力学性能测试仪器。原位观测仪器可以包括有Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜等。
综上所述，本发明提供的双轴拉伸力学性能测试仪器使用时将待测试的试件52放入夹具上板组件和夹具下板组件之间固定，拉伸应力预加载，通过电机42驱动大直齿圆锥齿轮38带动底部四个小直齿圆锥齿轮转动，四个小直齿圆锥齿轮和相对应的双向丝杠螺母副连接实现准静态加载；同时位移传感器及力传感器分别对位移和载荷进行记录，通过对传感器数据的分析，得出被测试材料的原位微观力学性能；试件52的标准化由试件52标准化制作仪器实现，控制材料形状对试验造成的影响；整体结构紧凑，体积小可与Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜相结合，实现对被测试材料的微观损伤的演变进行原位的监测，为研究材料的失效机理提供参考；本发明具有结构紧凑、同步性好、能耗小、测试范围广等优点，夹具固定装置可根据测试试件52的尺寸调整更换；夹具固定装置采用平铺结构布局，有助于和其他商业化的材料性能表征仪器设备相兼容；同时，可拆卸的加热台36又可以对不同温度要求下的试件52进行力学性能评定，突破了测试范围的局限性。
本发明提供的原位微观力学性能测试设备，其包括有原位观测仪器及如上所述的双轴拉伸力学性能测试仪器。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述双轴拉伸力学性能测试仪器包括有底座和设置于底座上的夹具固定装置、拉伸装置、作用力检测装置及位移检测装置；
所述夹具固定装置用于固定待测试的试件，所述夹具固定装置包括有夹具上板组件和夹具下板组件，试件放置于所述夹具上板机构和夹具下板机构之间，所述夹具下板组件包括有相互垂直设置的第一夹具下板组件和第二夹具下板组件，第一夹具下板组件包括有相互平行设置的夹具下板a与夹具下板b，第二夹具下板组件包括有相互平行设置的夹具下板c与夹具下板d，所述夹具上板组件包括有夹具上板a、夹具上板b、夹具上板c、夹具上板d，所述夹具上板a位于夹具下板a上方，所述夹具上板b位于夹具下板b上方，所述夹具上板c位于夹具下板c上方，所述夹具上板d位于夹具下板d上方，对试件进行装夹；
所述拉伸装置的数量为四个，所述拉伸装置分别与夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d相连接，用于对试件在相互垂直的两个方向上施加拉力和压力；
所述位移检测装置数量为四个，所述位移检测装置分别与夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d相连接，用于对试件在四个方向上的位移进行测量；
所述作用力检测装置的数量至少为两个，两个所述作用力检测装置分别与相互垂直的两个所述夹具下板相连接，用于对试件在两个相互垂直的方向上所受的作用力进行测量。
2.根据权利要求1所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述夹具上板和夹具下板上均设置有多个固定孔，所述夹具固定装置还包括有圆柱销和螺丝，试件安装在夹具上板组件和夹具下板组件之间，圆柱销依次穿过夹具上板的固定孔、试件和夹具下板的固定孔起到定位作用，所述螺丝将依次穿过夹具上板的固定孔、试件和夹具下板的固定孔拧紧以实现试件的固定。
3.根据权利要求2所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述夹具固定装置还包括有夹具支撑板和夹具固定销，所述夹具支撑板的数量至少为两个，两个所述夹具支撑板设置于两个相互垂直的夹具下板的下方，所述夹具支撑板上设置有多个固定孔，所述夹具固定销通过夹具下板和夹具支撑板上的固定孔将所述夹具支撑板和夹具下板固定，所述夹具支撑板固定设置于所述底座上。
4.根据权利要求3所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述拉伸装置包括有驱动单元、大直齿圆锥齿轮和与所述大直齿圆锥齿轮相互啮合设置的小直齿圆锥齿轮a、小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮c和小直齿圆锥齿轮d，所述小直齿圆锥齿轮a和小直齿圆锥齿轮c相互平行设置，所述小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮d相互平行设置，且所述小直齿圆锥齿轮a分别与小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮d相互垂直；
所述小直齿圆锥齿轮a、小直齿圆锥齿轮b、小直齿圆锥齿轮c、小直齿圆锥齿轮d对应地与丝杠a、丝杠b、丝杠c、丝杠d分别连接，所述丝杠a、丝杠b、丝杠c、丝杠d又分别对应地与夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d相连接，用于驱动所述夹具下板a、夹具下板b、夹具下板c、夹具下板d沿所在方向轴向移动，从而实现对试件四个轴向方向上的施力。
5.根据权利要求4所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述位移检测装置包括有固定板、位移传感器、位移传感器支座和支撑板，所述固定板和支撑板固定在所述底座上，丝杆的一端固定设置于所述固定板上，丝杠的另一端通过所述支撑板与夹具下板相互连接，所述支撑板与丝杠滑动连接；
所述位移传感器支座的一端固定在所述固定板上，另一端固定在所述支撑板上，所述位移传感器固定在所述位移传感器支座上，且所述位移传感器与对应的夹具下板相连接，用于感应所述夹具下板沿所述丝杆所在方向的轴线上的位移。
6.根据权利要求5所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述作用力检测装置包括有力传感器，所述力传感器位于所述支撑板与夹具支撑板之间，用于并且与所述支撑板固定安装，且所述力传感器与所述夹具支撑板相连接，用于检测试件所受到的力的载荷大小。
7.根据权利要求1所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述双轴拉伸力学性能测试仪器还包括有加热机构，所述加热机构位于所述夹具机构下方，用于对所述试件进行加热；
所述加热机构包括有加热台和加热台支撑板，所述加热台可拆卸地固定在所述加热台支撑板上，所述加热台支撑板固定于所述底座上。
8.根据权利要求2所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述双轴拉伸力学性能测试仪器还包括有试件标准化制作仪器，用于制作标准化试件。
9.根据权利要求8所述的双轴拉伸力学性能测试仪器，其特征在于，所述试件标准化制作仪器包括有沿竖直方向设置的上模座和下模座，所述上模座和下模座通过圆柱销固定定位；
所述下模座上设置有承料板，用于放置待处理的试件；
所述上模座上设置有模柄、凸模固定板和材料固定板，所述凸模固定板与上模座相连，所述模柄与凸模固定板相连，且穿过所述上模座上的固定孔，所述模柄用于控制所述凸模固定板沿竖直方向移动，所述凸模固定板下方通过弹簧与材料固定板连接，所述凸模固定板朝向所述下模座的一侧设置有刀具，所述刀具的设置位置与夹具上板和夹具下板上的固定孔的位置设置一致。
10.一种原位微观力学性能测试设备，其特征在于，所述原位微观力学性能测试设备包括有原位观测仪器及如权利要求1－9任意一项所述的双轴拉伸力学性能测试仪器。
CN201810270421.4A 2018-03-29 2018-03-29 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备 Pending CN108267372A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810270421.4A CN108267372A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810270421.4A CN108267372A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108267372A true CN108267372A (zh) 2018-07-10

Family

ID=62777939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810270421.4A Pending CN108267372A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108267372A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109163982A (zh) * 2018-09-06 2019-01-08 北京航星机器制造有限公司 一种热环境双向加载试验设备和试验方法
CN110501226A (zh) * 2019-08-29 2019-11-26 北京航空航天大学 一种用于生物材料的双轴拉伸试验机
CN112781978A (zh) * 2021-01-29 2021-05-11 盐城工学院 变角度双轴拉伸与热场耦合材料微观力学性能原位测试仪
CN113514319A (zh) * 2021-05-10 2021-10-19 吉林大学 扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器
CN117825122A (zh) * 2023-12-31 2024-04-05 中国人民解放军国防科技大学 一种面向介电弹性体的多形状样品双轴预拉伸装置及其方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86102391A (zh) * 1986-04-07 1987-12-23 天津纺织工学院 双轴向电子拉伸试验机
CN103357739A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 宋丙昶 一种新型复合冲裁模
CN203337479U (zh) * 2013-06-07 2013-12-11 吉林大学 力热耦合加载的双轴双向拉伸/压缩原位测试***
CN203402197U (zh) * 2013-08-20 2014-01-22 江苏华耀机械制造有限公司 一种换向用整体升降装置
CN104309823A (zh) * 2014-10-20 2015-01-28 中国运载火箭技术研究院 一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构
CN104525691A (zh) * 2014-12-17 2015-04-22 重庆金合蚊香制品有限公司 蚊香盘连续冲裁模
CN104913974A (zh) * 2015-05-12 2015-09-16 吉林大学 材料微观力学性能双轴拉伸-疲劳测试***及其测试方法
CN205147079U (zh) * 2015-11-11 2016-04-13 安庆谷润农产品有限责任公司 一种电极板落料冲孔复合模
CN106493230A (zh) * 2016-12-08 2017-03-15 安徽加文汽车零部件有限公司 一种汽车定位板零件冲压模具
CN206083548U (zh) * 2016-08-30 2017-04-12 衡阳风顺车桥有限公司 一种汽车安装加强板落料冲孔模具
CN106680079A (zh) * 2016-12-01 2017-05-17 吉林大学 压电叠堆直驱型宏微结合双轴拉伸‑疲劳测试***
CN106706440A (zh) * 2016-12-27 2017-05-24 吉林大学 高温双轴同步拉伸力学性能测试仪器及测试方法
CN107134947A (zh) * 2017-06-13 2017-09-05 浙江师范大学 一种介电弹性体双轴拉伸装置
CN208109602U (zh) * 2018-03-29 2018-11-16 盐城工学院 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86102391A (zh) * 1986-04-07 1987-12-23 天津纺织工学院 双轴向电子拉伸试验机
CN103357739A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 宋丙昶 一种新型复合冲裁模
CN203337479U (zh) * 2013-06-07 2013-12-11 吉林大学 力热耦合加载的双轴双向拉伸/压缩原位测试***
CN203402197U (zh) * 2013-08-20 2014-01-22 江苏华耀机械制造有限公司 一种换向用整体升降装置
CN104309823A (zh) * 2014-10-20 2015-01-28 中国运载火箭技术研究院 一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构
CN104525691A (zh) * 2014-12-17 2015-04-22 重庆金合蚊香制品有限公司 蚊香盘连续冲裁模
CN104913974A (zh) * 2015-05-12 2015-09-16 吉林大学 材料微观力学性能双轴拉伸-疲劳测试***及其测试方法
CN205147079U (zh) * 2015-11-11 2016-04-13 安庆谷润农产品有限责任公司 一种电极板落料冲孔复合模
CN206083548U (zh) * 2016-08-30 2017-04-12 衡阳风顺车桥有限公司 一种汽车安装加强板落料冲孔模具
CN106680079A (zh) * 2016-12-01 2017-05-17 吉林大学 压电叠堆直驱型宏微结合双轴拉伸‑疲劳测试***
CN106493230A (zh) * 2016-12-08 2017-03-15 安徽加文汽车零部件有限公司 一种汽车定位板零件冲压模具
CN106706440A (zh) * 2016-12-27 2017-05-24 吉林大学 高温双轴同步拉伸力学性能测试仪器及测试方法
CN107134947A (zh) * 2017-06-13 2017-09-05 浙江师范大学 一种介电弹性体双轴拉伸装置
CN208109602U (zh) * 2018-03-29 2018-11-16 盐城工学院 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模具实用技术丛书编委会: "《模具制造工艺装备及应用》", 机械工业出版社, pages: 188 - 193 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109163982A (zh) * 2018-09-06 2019-01-08 北京航星机器制造有限公司 一种热环境双向加载试验设备和试验方法
CN110501226A (zh) * 2019-08-29 2019-11-26 北京航空航天大学 一种用于生物材料的双轴拉伸试验机
CN112781978A (zh) * 2021-01-29 2021-05-11 盐城工学院 变角度双轴拉伸与热场耦合材料微观力学性能原位测试仪
CN113514319A (zh) * 2021-05-10 2021-10-19 吉林大学 扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器
CN117825122A (zh) * 2023-12-31 2024-04-05 中国人民解放军国防科技大学 一种面向介电弹性体的多形状样品双轴预拉伸装置及其方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108267372A (zh) 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备
CN208109602U (zh) 双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备
CN103487315B (zh) 一种材料力学性能测试装置
CN106525571B (zh) 一种适配于光学显微镜上的显微镜拉伸仪
CN105388327B (zh) 一种在扫描电镜中进行原位微观力学、微结构、成分一体化研究的装置及方法
CN102384875B (zh) 显微镜下拉压弯复合载荷模式材料力学性能测试装置
CN104913974A (zh) 材料微观力学性能双轴拉伸-疲劳测试***及其测试方法
CN106680079A (zh) 压电叠堆直驱型宏微结合双轴拉伸‑疲劳测试***
CN108896390A (zh) 一种微尺度双轴双向加载试验机
CN103335898A (zh) 拉伸-剪切复合加载模式下材料微观力学性能原位测试装置
CN103308404A (zh) 基于可调式拉伸-弯曲预载荷的原位纳米压痕测试仪
CN103499499A (zh) 一种微观视场下双侧动力原位微扭转材料力学性能测试仪
CN111208002A (zh) 一种布料拉伸力检测装置
CN112781978B (zh) 变角度双轴拉伸与热场耦合材料微观力学性能原位测试仪
CN105181436A (zh) 弯曲预载荷微纳米压痕力学性能测试方法与装置
CN106404571A (zh) 弯曲疲劳测试仪器及测试***
CN103234827B (zh) 一种用于试件拉伸测试用的装置
CN103499489A (zh) 一种跨尺度、多视角原位力学动态捕捉测试平台
CN103293058B (zh) 一种裂纹监测装置
CN111122364A (zh) 一种混凝土硬度检测设备
CN113514319B (zh) 扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器
CN102323279B (zh) 基于x射线断层照相的原位加载装置
CN106383059A (zh) 原位扭转测试平台及其观测***
CN110426290B (zh) 一种线式拉伸扭转载荷与热场耦合原位力学性能测试仪
KR20110137847A (ko) 만능시험기를 이용한 태양광모듈 강도 측정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination