CN207528566U - 低温原位双轴拉伸力学性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，属于力学性能测试领域。采用立式结构，步进电动机通过联轴器与精密滚珠丝杠相连，通过丝杠螺母传动将电机的转动转变为运动板的精确直线运动，进而实现X轴、Y轴的同步双轴拉伸加载。温度加载模块采用半导体制冷片制冷，温度变化范围为0℃~30℃，实现变温条件下材料双轴拉伸力学性能测试。配合光学显微镜，对测试过程中试件的微观力学行为与损伤机制进行原位动态监测。优点在于：可以模拟材料真实服役状态；测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制,对低温环境复杂应力状态材料力学性能测试研究具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料微观力学性能测试领域的精密科学仪器领域，特别涉及一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置。可精确地测试材料在低温条件下承受同步双轴拉伸时的力学行为、损伤机制和性能弱化规律。
背景技术
材料的力学性能是评价其质量好坏、性能优良的主要指标进行设计计算的重要依据，传统的测试材料力学性能的方法为简单应力状态的试验，如拉伸、压缩以及扭转。但是,在实际服役状态下，通常材料不仅仅承受单一载荷的作用。然而传统的材料力学性能测试技术仅是在单一载荷作用下测得的，所以不能完全反映构件的受力状态，这也是零件提前失效的主要原因之一。随着板壳理论的提出，板材的应用也越来越广泛，板材的受力状态一般是典型的二向应力。因此，传统的测试装置已无法完全体现它的受力状态，其测得的力学参数也不具有绝对的参考价值。由于较薄的板材通常表现出一种各向异性，所以单轴拉伸试验已无法准确描述薄板的力学性能。
材料的力学性能受多种因素影响，其中温度则是影响其力学性能的重要因素之一。而近些年来，人们为了应对环境恶化和资源枯竭，开始对外太空、极地和海洋深处等低温环境进行频繁的探索。采用常温条件下测得的材料力学性能参数去指导低温环境下材料或结构的设计和使用，显然不具备科学性和实用性。因此，对低温工作环境下是否影响材料的力学性能的研究，尤其是就温度因素对材料力学行为与损伤影响机制的研究，受到国内外学者的广泛的关注。因此，如果能在材料力学性能测试中，开发一种可以提供接近材料真实受力情况，模拟材料所处的真实环境的力学测试仪器，就能更加准确的获得材料在实际服役条件下的力学性能。
目前，应用成熟的双轴拉伸压缩测试***由于机械结构较大，不能与显微成像设备兼容，难以在进行载荷测试的同时提供原位监测手段，对各向异性材料在双轴拉伸压缩载荷下的微观力学行为及损伤机制缺乏有效的研究；现有的原位双轴测试装置也鲜有提及能够提供不同温度环境下的功能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型装置采用立式结构，仪器整体高度较低，满足特定条件下低温原位双轴拉伸试验要求。装置中步进电动机通过联轴器与精密滚珠丝杠相连，通过丝杠螺母传动将电机的转动转变为运动板的精确直线运动，进而实现X轴、Y轴的同步双轴拉伸加载。温度加载模块采用半导体制冷片制冷，温度变化范围为0℃~30℃，实现变温条件下材料双轴拉伸力学性能测试。配合光学显微镜，对测试过程中试件的微观力学行为与损伤机制进行原位动态监测。本实用新型可以模拟材料真实服役状态；测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制，对低温环境复杂应力状态材料力学性能测试研究具有重要意义。
本实用新型通过创新提出的新颖结构，有效的解决了双轴拉伸难以实现同步加载的难题，测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制，具有良好的应用前景，对于低温条件下材料在承受复杂应力状态时力学性能的测试研究具有十分重要的意义。
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，整体结构采用立式布置,包括驱动单元、传动单元、信号检测单元、夹持单元及温度加载单元。其中驱动单元通过步进电机1提供拉伸加载动力；传动单元采用丝杆9和移动导杆10实现单电机驱动下X轴、Y轴的双向动力传递；信号检测单元与传动单元相连，采用拉力传感器18和直线光栅位移传感器进行力和位移的测量，同时配备光学显微镜对被测样品的力学行为和损伤机制进行动态原位观测；夹持单元一端连接信号检测单元，一端对十字形试件22进行固定，配合传动单元从而实现对十字形试件22的双轴拉伸；温度加载单元与十字形试件22接触进行导冷，最终实现双轴拉伸过程中的低温制冷。
所述的驱动单元由步进电机1提供拉伸加载动力，步进电机1固定在支撑台2上并与联轴器4连接，精密滚珠丝杠5的两端分别与联轴器4、丝杠螺母6连接，丝杠螺母6与运动板7连接，运动板7输出精确的直线位移；支撑台2通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3-1、3-2、3-3、3-4固定在底座20上。
所述的传动单元采用四个相互对称的丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4及移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10-1、10-2、10-3、10-4进行动力的传递，具体装配关系是：固定支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ8-1、8-2、8-3、8-4的一端分别通过轴套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ26-1、26-2、26-3、26-4与丝杆的一端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4连接，并通过螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ27-1、27-2、27-3、27-4夹紧，实现丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4连接端的转动；丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4的另一端分别与移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10-1、10-2、10-3、10-4相连，实现运动的传递；移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10-1、10-2、10-3、10-4的另一端分别与三角架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ11-1、11-2、11-3、11-4连接，并通过螺钉实现转动；三角架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ11-1、11-2、11-3、11-4分别通过角钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ12-1、12-2、12-3、12-4螺纹固定连接在滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4上，并安装到直线导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ13-1、13-2、13-3、13-4上，传递动力实现滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4在导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ13-1、13-2、13-3、13-4上的移动。
所述的信号检测单元包括拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4、直线光栅位移传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和用于原位观测的光学显微镜，所述拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4两端通过螺纹分别固定连接在拉伸连接件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17-1、17-2、17-3、17-4和夹具体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ19-1、19-2、19-3、19-4上；拉伸连接件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17-1、17-2、17-3、17-4一端与角钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ12-1、12-2、12-3、12-4连接，并通过滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4安装到直线导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ13-1、13-2、13-3、13-4上，另一端上方设有销钉孔，通过销钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21-1、21-2、21-3、21-4与拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4连接，保证测试拉力、夹具以及测试件的中轴线重合；所述直线光栅位移传感器是：主尺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ16-1、16-2、16-3、16-4固定在滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4上，读数头Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ15-1、15-2、15-3、15-4通过螺纹固定连接在底座20上，通过测量滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4的移动位移从而测量十字形试件22的变形量；光学显微镜装配在十字形试件22的下方。
所述的夹持单元由四对完全相同的夹具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ19-1、19-2、19-3、19-4组成，所述夹具一端通过螺纹与拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4相连，另一端设有凹槽实现十字形试件22的定位；所述夹具的凹槽进行倒角处理，避免应力集中，夹具的凹槽底部为圆弧形，圆弧的曲率半径与十字形试件的圆弧曲率半径一致，保证十字形试件22与夹具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ19-1、19-2、19-3、19-4紧密结合。
所述的温度加载单元采用半导体制冷片23制冷，制冷片23的冷端通过导热脂与十字形试件22接触进行导冷，热端通过在制冷平台24上安装风扇以及散热片方式降低热端的温度，最终实现双轴拉伸过程中的低温制冷。
本实用新型的有益效果在于：结构简单，易于操作，测试精度较高。通过一个步进电机驱动实现X、Y轴的同步加载。可以实现最低0℃的低温加载条件。可以与光学显微镜集成使用，观察材料在实际服役状态下的微观断裂机制。总之，本实用新型为低温条件下材料在承受复杂受力状态时的断裂机制的研究提供了有效方法，具有很强的实用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本实用新型的整体外观结构示意图；
图2为本实用新型的主视结构示意图；
图3为本实用新型的俯视结构示意图；
图4、图5为本实用新型的传动单元示意图；
图6为本实用新型的夹具装夹方式示意图；
图7为本实用新型的温度加载单元原理示意图；
图8为本实用新型的机械自锁原理示意图；
图9为本实用新型的双轴拉伸原理示意图。
图中：1、步进电机；2、支撑台；3-1、立柱Ⅰ；3-2、立柱Ⅱ；3-3、立柱Ⅲ；3-4、立柱Ⅳ；4、联轴器；5、精密滚珠丝杠；6、丝杠螺母；7、运动板；8-1、固定支座Ⅰ；8-2、固定支座Ⅱ；8-3、固定支座Ⅲ；8-4、固定支座Ⅳ；9-1、丝杆Ⅰ；9-2、丝杆Ⅱ；9-3、丝杆Ⅲ；9-4、丝杆Ⅳ；10-1、移动导杆Ⅰ；10-2、移动导杆Ⅱ；10-3、移动导杆Ⅲ；10-4、移动导杆Ⅳ；11-1、三角架Ⅰ；11-2、三角架Ⅱ；11-3、三角架Ⅲ；11-4、三角架Ⅳ；12-1、角钢Ⅰ；12-2、角钢Ⅱ；12-3、角钢Ⅲ；12-4、角钢Ⅳ；13-1、导轨Ⅰ；13-2、导轨Ⅱ；13-3、导轨Ⅲ；13-4、导轨Ⅳ；14-1、滑块Ⅰ；14-2、滑块Ⅱ；14-3、滑块Ⅲ；14-4、滑块Ⅳ；15-1、读数头Ⅰ；15-2、读数头Ⅱ；15-3、读数头Ⅲ；15-4、读数头Ⅳ；16-1、主尺Ⅰ；16-2、主尺Ⅱ；16-3、主尺Ⅲ；16-4、主尺Ⅳ；17-1、拉伸连接件Ⅰ；17-2、拉伸连接件Ⅱ；17-3、拉伸连接件Ⅲ；17-4、拉伸连接件Ⅳ；18-1、拉力传感器Ⅰ；18-2、拉力传感器Ⅱ；18-3、拉力传感器Ⅲ；18-4、拉力传感器Ⅳ；19-1、夹具Ⅰ；19-2、夹具Ⅱ；19-3、夹具Ⅲ；19-4、夹具Ⅳ；20、底座；21-1、销钉Ⅰ；21-2、销钉Ⅱ；21-3、销钉Ⅲ；21-4、销钉Ⅳ；22、十字形试件；23、制冷片；24、制冷平台；25-1、凹槽Ⅰ；25-2、凹槽Ⅱ；25-3、凹槽Ⅲ；25-4、凹槽Ⅳ；26-1、轴套Ⅰ；26-2、轴套Ⅱ；26-3、轴套Ⅲ；26-4、轴套Ⅳ；27-1、螺钉Ⅰ；27-2、螺钉Ⅱ；27-3、螺钉Ⅲ；27-4、螺钉Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图9所示，本实用新型的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，整体结构采用立式布置,包括驱动单元、传动单元、信号检测单元、夹持单元及温度加载单元，所述驱动单元中双轴加载动力由步进电机提供；所述传动单元由四个中心对称的丝杆、移动导杆、滑块和直线导轨组成，进行装置的动力传递。所述的信号检测单元包括拉力传感器、直线光栅位移传感器和用于原位观测的光学显微镜，其中，装配在直线导轨上的滑块带动拉伸连接件、拉力传感器和夹具体运动，实现拉伸力的测量；直线光栅位移传感器通过测量滑块移动位移测量试件的变形量；光学显微镜装配在十字形试件下方，对变温双轴拉伸过程进行原位观测。所述的夹持单元由四个连接在拉力传感器上的上下夹具体组成，对十字形试件进行装夹。其中，下夹具体一端通过螺纹与拉力传感器相连，另一端设有凹槽，实现十字形试件的定位；上夹具体为外凸式结构，实现试件的夹紧，避免拉伸过程中出现试件以及夹具体的相互滑动现象。温度加载单元采用半导体制冷片制冷，制冷片冷端通过导热脂与十字形试件接触进行导冷，制冷平台装有散热***配合热端散热，从而实现双轴拉伸过程中的低温制冷。
参见图1至图3所示，本实用新型所述的驱动单元由步进电机1提供拉伸加载动力，步进电机1固定在支撑台2上并与联轴器4连接，精密滚珠丝杠5的两端分别与联轴器4、丝杠螺母6连接，丝杠螺母6与运动板7连接，运动板7输出精确的直线位移；支撑台2通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3-1、3-2、3-3、3-4固定在底座20上。
参见图4及图5所示，本实用新型所述的传动单元采用四个相互对称的丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4及移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10-1、10-2、10-3、10-4进行动力的传递，具体装配关系是：固定支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ8-1、8-2、8-3、8-4的一端分别通过轴套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ26-1、26-2、26-3、26-4与丝杆的一端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4连接，并通过螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ27-1、27-2、27-3、27-4夹紧，实现丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4连接端的转动；丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ9-1、9-2、9-3、9-4的另一端分别与移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10-1、10-2、10-3、10-4相连，实现运动的传递；移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10-1、10-2、10-3、10-4的另一端分别与三角架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ11-1、11-2、11-3、11-4连接，并通过螺钉实现转动；三角架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ11-1、11-2、11-3、11-4分别通过角钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ12-1、12-2、12-3、12-4螺纹固定连接在滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4上，并安装到直线导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ13-1、13-2、13-3、13-4上，传递动力实现滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4在导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ13-1、13-2、13-3、13-4上的移动。
所述的信号检测单元包括拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4、直线光栅位移传感器和用于原位观测的光学显微镜，所述拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4两端通过螺纹分别固定连接在拉伸连接件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17-1、17-2、17-3、17-4和夹具体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ19-1、19-2、19-3、19-4上；拉伸连接件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17-1、17-2、17-3、17-4一端与角钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ12-1、12-2、12-3、12-4连接，并通过滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4安装到直线导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ13-1、13-2、13-3、13-4上，另一端上方设有销钉孔，通过销钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21-1、21-2、21-3、21-4与拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4连接，保证测试拉力、夹具以及测试件的中轴线重合；所述直线光栅位移传感器是：主尺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ16-1、16-2、16-3、16-4固定在滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4上，读数头Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ15-1、15-2、15-3、15-4通过螺纹固定连接在底座20上，通过测量滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14-1、14-2、14-3、14-4的移动位移从而测量十字形试件22的变形量；光学显微镜装配在十字形试件22的下方。
参见图6所示，本实用新型所述的夹持单元由四对完全相同的夹具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ19-1、19-2、19-3、19-4组成，所述夹具一端通过螺纹与拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4相连，另一端设有凹槽实现十字形试件22的定位；所述夹具的凹槽进行倒角处理，避免应力集中，夹具的凹槽底部为圆弧形，圆弧的曲率半径与十字形试件22的圆弧曲率半径一致，保证十字形试件22与夹具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ19-1、19-2、19-3、19-4紧密结合，避免夹具的上夹具体锁紧过程中试件发生窜动而影响试件的对中性；所述上夹具体为外凸式结构，通过螺纹连接将十字形试件22压在夹具的下夹具体上，实现试件的夹紧，避免拉伸过程中出现试件以及夹具的相互滑动现象。
参见图7所示，本实用新型所述的温度加载单元采用半导体制冷片23制冷。在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了实现在0℃~30℃的低温下进行实验的目的，本装置采取制冷片23的冷端通过导热脂与十字形试件22接触进行导冷，热端通过在制冷平台24上安装风扇以及散热片方式降低热端的温度，最终实现双轴拉伸过程中的低温制冷。
参见图9所示，本实用新型结构简单，易于操作，测试精度较高。通过一个步进电机（1）驱动实现X、Y轴的同步加载，保证了四个拉伸端的同步拉伸，所以十字形试件22的中心区域沿水平方向基本保持一致，从而更利于与光学显微镜集成进行原位观测，观察材料在实际服役状态下的微观断裂机制，对于探究力热耦合下材料力学性能的研究具有重要意义。
参见图1到图9所示，本实用新型的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，在测试装置安装前，首先需要对拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ18-1、18-2、18-3、18-4和直线光栅位移传感器进行标定与校准，再进行仪器的安装与调试。在每次实验结束之后，需要将夹具体归回原位，方便下次对实验试件的装夹。装置采用立式结构，仪器整体高度较低，满足特定条件下低温原位双轴拉伸试验要求。装置中步进电动机通过联轴器与精密滚珠丝杠相连, 通过丝杠螺母传动将电机的转动转变为运动板的精确直线运动，进而实现X轴、Y轴的同步双轴拉伸加载。温度加载模块采用半导体制冷片制冷，温度变化范围为0℃~30℃,实现变温条件下材料双轴拉伸力学性能测试。配合光学显微镜,对测试过程中试件的微观力学行为与损伤机制进行原位动态监测。优点在于：可以模拟材料真实服役状态；测试装置结构紧凑、占地面积小、便于集成和控制,对低温环境复杂应力状态材料力学性能测试研究具有重要意义。
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，其特征在于：整体结构采用立式布置,包括驱动单元、传动单元、信号检测单元、夹持单元及温度加载单元,其中驱动单元通过步进电机（1）提供拉伸加载动力；传动单元采用丝杆（9）和移动导杆（10）实现单电机驱动下X轴、Y轴的双向动力传递；信号检测单元与传动单元相连，采用拉力传感器（18）和直线光栅位移传感器进行力和位移的测量，同时配备光学显微镜对被测样品的力学行为和损伤机制进行动态原位观测；夹持单元一端连接信号检测单元，一端对十字形试件（22）进行固定，配合传动单元从而实现对十字形试件（22）的双轴拉伸；温度加载单元与十字形试件（22）接触进行导冷，最终实现双轴拉伸过程中的低温制冷。
2.根据权利要求1所述的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述的驱动单元由步进电机（1）提供拉伸加载动力，步进电机（1）固定在支撑台（2）上并与联轴器（4）连接，精密滚珠丝杠（5）的两端分别与联轴器（4）、丝杠螺母（6）连接，丝杠螺母（6）与运动板（7）连接，运动板（7）输出精确的直线位移；支撑台（2）通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（3-1、3-2、3-3、3-4）固定在底座（20）上。
3.根据权利要求1所述的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述的传动单元采用四个相互对称的丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（9-1、9-2、9-3、9-4）及移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（10-1、10-2、10-3、10-4）进行动力的传递，具体装配关系是：固定支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（8-1、8-2、8-3、8-4）的一端分别通过轴套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（26-1、26-2、26-3、26-4）与丝杆的一端Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（9-1、9-2、9-3、9-4）连接，并通过螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（27-1、27-2、27-3、27-4）夹紧，实现丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（9-1、9-2、9-3、9-4）连接端的转动；丝杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（9-1、9-2、9-3、9-4）的另一端分别与移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（10-1、10-2、10-3、10-4）相连，实现运动的传递；移动导杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（10-1、10-2、10-3、10-4）的另一端分别与三角架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（11-1、11-2、11-3、11-4）连接，并通过螺钉实现转动；三角架Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（11-1、11-2、11-3、11-4）分别通过角钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（12-1、12-2、12-3、12-4）螺纹固定连接在滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（14-1、14-2、14-3、14-4）上，并安装到直线导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（13-1、13-2、13-3、13-4）上，传递动力实现滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（14-1、14-2、14-3、14-4）在导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（13-1、13-2、13-3、13-4）上的移动。
4.根据权利要求1所述的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述的信号检测单元包括拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（18-1、18-2、18-3、18-4）、直线光栅位移传感器和用于原位观测的光学显微镜，所述拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（18-1、18-2、18-3、18-4）两端通过螺纹分别固定连接在拉伸连接件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（17-1、17-2、17-3、17-4）和夹具体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（19-1、19-2、19-3、19-4）上；拉伸连接件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（17-1、17-2、17-3、17-4）一端与角钢Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（12-1、12-2、12-3、12-4）连接，并通过滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（14-1、14-2、14-3、14-4）安装到直线导轨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（13-1、13-2、13-3、13-4）上，另一端上方设有销钉孔，通过销钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（21-1、21-2、21-3、21-4）与拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（18-1、18-2、18-3、18-4）连接，保证测试拉力、夹具以及测试件的中轴线重合；所述直线光栅位移传感器是：主尺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（16-1、16-2、16-3、16-4）固定在滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（14-1、14-2、14-3、14-4）上，读数头Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（15-1、15-2、15-3、15-4）通过螺纹固定连接在底座（20）上，通过测量滑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（14-1、14-2、14-3、14-4）的移动位移从而测量十字形试件（22）的变形量；光学显微镜装配在十字形试件（22）的下方。
5.根据权利要求1所述的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述的夹持单元由四对完全相同的夹具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（19-1、19-2、19-3、19-4）组成，所述夹具一端通过螺纹与拉力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（18-1、18-2、18-3、18-4）相连，另一端设有凹槽实现十字形试件（22）的定位；所述夹具的凹槽进行倒角处理，避免应力集中，夹具的凹槽底部为圆弧形，圆弧的曲率半径与十字形试件的圆弧曲率半径一致，保证十字形试件（22）与夹具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（19-1、19-2、19-3、19-4）紧密结合。
6.根据权利要求1所述的低温原位双轴拉伸力学性能测试装置，其特征在于：所述的温度加载单元采用半导体制冷片（23）制冷，制冷片（23）的冷端通过导热脂与十字形试件（22）接触进行导冷，热端通过在制冷平台（24）上安装风扇以及散热片方式降低热端的温度，最终实现双轴拉伸过程中的低温制冷。
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