拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，属于机电领域。包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置龙门架一侧。本实用新型可作为独立拉伸/压缩模式或独立弯曲模式或独立扭转模式材料力学性能测试装置，即单一载荷测试模式；也可作为在给定拉伸/压缩应力水平下的扭转载荷的材料力学性能测试或给定拉伸/压缩应力水平下的弯曲载荷的材料力学性能测试，即复合载荷测试模式。通过控制检测模块对载荷/位移信号的采集，可检测材料在复合载荷作用下的应力应变过程。
【专利说明】拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机电领域，特别涉及一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台。本实用新型可作为独立拉伸/压缩模式或独立弯曲模式或独立扭转模式材料力学性能测试装置，即单一载荷测试模式；也可作为在给定拉伸/压缩应力水平下的扭转载荷的材料力学性能测试或给定拉伸/压缩应力水平下的弯曲载荷的材料力学性能测试，即复合载荷测试模式。通过控制检测模块对载荷/位移信号的采集，可检测材料在复合载荷作用下的应力应变过程。两种复合载荷的施加方式为材料的力学性质的研究提供了新的方法。
【背景技术】
[0002]传统的材料力学性能测试方法为拉伸法、压缩法、扭转法、弯曲法等，都是属于单一载荷模式下测量材料的各种力学性能参数。测量的各种参数都是单一载荷下的结果，而与实际应用过程中零件所承受的复杂载荷不一致，进而使得结果不具有普遍说服力。而随着现代科技的不断发展，对机械结构的性能要求越来越高，机械结构在实际工况中受到复合载荷作用的综合力学性能受到广泛的关注，其载荷的施加方式和测量方法也不断变化发展。
[0003]拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台是指试件在两种或两种以上载荷下，通过外接控制检测仪器对载荷作用下的材料发生的变形、损伤直至失效破坏的过程进行动态监测的一种力学测试技术。在力学性能测试中，抗拉/弯强度、弹性模量、切变模量、屈服极限抗扭强度等参数集中反映了材料的综合性能。复合载荷测试可以揭示材料在实际外界载荷作用下的变形损伤规律，与单一载荷测试相比，可以发现新的现象及规律，更有利于研究材料的力学行为。
[0004]目前，拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台在国内很少见，研究观测手段尚不成熟，具体表现在:1、复合载荷施加过程中的同步性难以保证，且需要各种载荷之间的相互匹配。2、测试过程中的控制检测仪器如各种类型传感器、编码器、驱动器等会受到其余载荷的影响，测量精度难以保证。3、装置中动力元件及传动元件的布局会影响整体的尺寸结构，也关系到测量试件的尺寸形状。4、装夹试件的夹具需要考虑拉扭复合载荷的作用，同时要承受弯曲载荷，夹具设计难度较大。综上所述，设计一个结构巧妙，测试精度高的复合载荷条件下的材料力学性能测试装置来检测材料综合作用下的力学性能十分必要。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型可集成拉伸/压缩测试、弯曲测试、扭转测试及基于上述两种单一载荷形式的复合载荷测试。测试装置由拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块组成。该测试装置结构巧妙，可在复合载荷模式下测试材料的各种综合力学性能。可实现拉压弯扭复合载荷模式下材料及其制品的力学性能测试，拉/压弯复合载荷测试，拉/压扭复合载荷测试，也可实现拉压弯扭单一载荷下力学性能测试。
[0006]本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现:
[0007]拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，其功能可与拉压模块功能相互独立或关联，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置在测试平台上龙门架2 —侧，功能与拉压模块相互独立，控制检测模块分布在各个功能模块上；
[0008]所述拉压模块是:直流电机4带动蜗杆I 8转动，蜗杆I 8带动蜗轮I 7转动，蜗杆II 10带动蜗轮II 12转动，输出动力使双向滚珠丝杠11转动，布置在直线滚动导轨I 22上的两端支撑座相离或相向运动，实现对试件的拉伸或压缩；光电编码器3控制直流电机4的转速大小和方向，支撑蜗杆轴II 33的圆锥滚子轴承I 9承受蜗杆所受轴向力，双向滚珠丝杠11使试件进行双向拉压，保证试件所受载荷均匀对称；
[0009]所述弯曲模块是:步进电机II 23通过电机法兰III 24、挠性联轴器I 25与滚珠丝杠27连接，丝杠螺母I 28带动安装在导轨II 34上的支撑座IV 35上下移动，压头31下移实现对试件的弯曲载荷，步进电机驱动器控制步进电机II 23转速的大小和方向；
[0010]所述扭转模块是:步进电机I 17带动齿轮II 19转动，齿轮I 18与齿轮II 19啮合，齿轮I 18安装在轴43上，挠性联轴器III 42连接轴43和扭矩传感器47，挠性联轴器II 40连接扭矩传感器47和夹具固定轴I 50，扭矩传感器47固定在传感器固定座41上，夹具固定轴I 50通过法兰轴承1、II 58,59安装在支撑座VI 48上，夹具下压板I 51与夹具固定轴I 50通过螺栓连接在一起；
[0011]所述控制检测模块包括拉压力传感器15、压力传感器30、扭矩传感器47、直线光栅尺37、圆光栅49、光电编码器3和步进电机驱动器，拉压力传感器15通过螺栓一端与支撑座I 14连接，另一端与夹具支撑座16连接，夹具支撑座16布置在支撑导轨54上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨54上，从而避免拉压力传感器15受到扭转载荷的影响；扭矩传感器47两端通过挠性联轴器II JII 40,42分别与轴43和夹具固定轴I 50连接，支撑座VI 48内部安装有法兰轴承1、II 58、59，承受轴向载荷，避免拉伸载荷对扭矩传感器47的影响；
[0012]所述试件装夹模块包括夹具下压板1、II 51、53和夹具上压板52，夹具下压板51通过螺钉固定在夹具轴50上，夹具下压板53通过螺钉固定在夹具支撑座16上，夹具上、下压板通过螺栓连接，实现对试件的夹持。
[0013]所述的拉压力传感器15设置在直线滚动导轨22上的夹具支撑座16与支撑座
I14之间，通过螺钉连接，夹具支撑座16通过螺钉固定在支撑导轨54上，支撑导轨54通过螺钉固定在支撑座I 14上。
[0014]所述的圆光栅49套在与扭矩传感器47连接的夹具固定轴I 50上，且咬合式夹具与夹具固定轴I 50通过螺钉连接，圆光栅49测定扭转角位移。
[0015]所述的压力传感器30 —端与压头31连接，另一端通过螺钉与支撑座IV 35连接，压头31对试件施加弯曲力，弯曲力的大小通过压力传感器30测得。[0016]所述的咬合式夹具由一对咬合式的夹具上、下压板组成，夹具下压板分别与夹具固定轴I 50及夹具支撑座16通过方形槽固定，并通过夹具体连接螺钉进行连接，被测试件为圆柱体回转结构，通过带有锯齿状结构的咬合式夹具上、下压板以压紧方式夹持。
[0017]所述的双向滚珠丝杠11为左右旋双向丝杠，拉伸过程中左右拉伸工作台对称拉伸，试样中心目标测点位置固定不变。
[0018]所述的拉压力传感器15为精密S型传感器。
[0019]所述的弯曲力传感器30为精密S型传感器。
[0020]本实用新型的有益效果在于:
[0021]1.本实用新型构思新颖，整体结构紧凑，采用三个电机作为三个模块的动力源，拉压弯扭三种载荷分别由三种独立模块施加，三个模块之间既有联系又避免了相互之间的干扰，可以最大程度上模拟材料的复合载荷下的受力模式。采用龙门作为固定支架，充分利用了测试装置的空间。
[0022]2.本实用新型的三个动力源可以通过光电编码器或驱动器进行输出转速和转矩的调节，可以在实验过程中控制载荷大小及不同载荷的比例，可以对材料及其制品在单一载荷下进行力学性能测试，亦可在拉弯、拉扭等复合载荷下进行力学性能测试。
[0023]3.本实用新型传感器布局巧妙，拉压力传感器布置在支撑导轨54的上部，可以避免扭转载荷对其拉伸力测量的影响，扭矩传感器与夹具之间安装一对法兰轴承，可以避免拉压载荷对其转矩测量的影响。
[0024]4.本实用新型夹具设计巧妙，采用咬合式上下压板的形式，上下压板通过螺栓连接，带有锯齿状的上下压板可以充分保证夹持试件的稳定性，左右两个夹具的连接部分设计不同，拉伸部分采用方形连接，扭转部分采用圆柱形连接，充分保证了试件承受载荷的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]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。
[0026]图1为本实用新型的整体外观结构示意图；
[0027]图2为本实用新型的左视示意图；
[0028]图3为本实用新型的后视示意图；
[0029]图4为本实用新型拉压模块中压力检测部分的局部放大示意图；
[0030]图5为本实用新型扭转模块中位移检测部分的局部放大示意图；
[0031]图6为本实用新型扭转模块的局部放大示意图；
[0032]图7为本实用新型试件装夹模块的局部放大示意图。
[0033]图中:1.基座；2.龙门架；3.光电编码器；4.直流电机；5.电机底座；6.电机法兰I ;7.蜗轮I ;8.蜗杆I ;9.圆锥滚子轴承I ;10.蜗杆II ；11.双向滚珠丝杠；12.蜗轮II ；13.丝杠固定座I ;14.支撑座I ;15.拉压力传感器；16.夹具支撑座；17.步进电机I ;18.齿轮I ;19.齿轮II ；20.电机法兰II ；21.支撑座II ；22.导轨I ;23.步进电机II ；24.电机法兰III;25.挠性联轴器I ;26.丝杠固定座II ；27.滚珠丝杠；28.丝杠螺母；29.支撑座III ；30.压力传感器；31.压头；32.蜗杆轴I ;33.蜗杆轴II ；34.导轨II ；35.支撑座IV ；36.光栅固定片；37.直线光栅尺；38.光栅读数头；39.光栅固定座；40.挠性联轴器II ；41.传感器固定座；42.挠性联轴器III ；43.轴；44.固定螺母I ;45.支撑座V ；46.电机法兰IV ；47.扭矩传感器；48.支撑座VI ；49.圆光栅；50.夹具固定轴I ;51.夹具下压板
I；52.夹具上压板；53.夹具下压板II ；54.支撑导轨；55.夹具固定轴II ；56.固定螺母
II；57.圆锥滚子轴承II ；58.法兰轴承I ;59.法兰轴承II ；60.圆光栅读数头。
【具体实施方式】
[0034]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】。
[0035]参见图1至图5所示，本实用新型的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块；测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，其功能可与拉压模块功能相互独立或关联，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置在测试平台上龙门架一侧，功能与拉压模块相互独立，控制检测模块分布在各个功能模块上。
[0036]所述拉压模块是:固定在电机底座5上的直流电机4带动蜗杆I 8转动，蜗杆I 8带动蜗轮I 7转动，蜗杆II 10带动蜗轮II 12转动，输出动力使安装在丝杠固定座I 13上的双向滚珠丝杠11转动，带动布置在直线滚动导轨I 22上的两端支撑座相离或相向运动，实现对试件的拉伸或压缩，光电编码器3监控直流电机4的转速大小和方向，支撑蜗杆轴II 33的圆锥滚子轴承1、II 9、57承受蜗杆所受轴向力，双向滚珠丝杠11使试件进行双向拉压，保证试件所受载荷均匀对称；
[0037]所述弯曲模块布置在龙门架2上，步进电机II 23通过电机法兰III 24、挠性联轴器
I25、丝杠固定座II 26与滚珠丝杠27连接，丝杠螺母28带动安装在导轨II 34上的支撑座IV 35上下移动，压头31下移实现对试件的弯曲载荷，步进电机驱动器控制步进电机II 23转速的大小和方向；
[0038]所述扭转模块是步进电机I 17安装在电机法兰IV 46上，通过挠性联轴器带动齿轮II 19转动，齿轮II 19通过固定螺母I 44在支撑座V 45上轴向定位，齿轮I 18与齿轮
II19啮合，齿轮I 18安装在轴43上，轴43通过电机法兰II 20，挠性联轴器III42连接轴43和扭矩传感器47，挠性联轴器II 40连接扭矩传感器47和夹具固定轴I 50，扭矩传感器47固定在传感器固定座41上，夹具固定轴I 50通过法兰轴承I 58、II 59安装在支撑座VI 48上，夹具下压板I 51与夹具固定轴I 50通过螺栓连接在一起，夹具；
[0039]所述控制检测模块包括拉压力传感器15、压力传感器30、扭矩传感器47、直线光栅尺37、圆光栅49、光电编码器3和步进电机驱动器，拉压力传感器15通过螺栓一端与支撑座I 14连接，另一端与夹具支撑座16连接，夹具支撑座16布置在支撑导轨54上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨54上，从而避免拉压力传感器15受到扭转载荷的影响；扭矩传感器47两端通过挠性联轴器III 42、II 40分别与轴43和夹具固定轴I 50连接，支撑座VI 48内部安装有法兰轴承I 58、II 59，承受轴向载荷，避免拉伸载荷对扭矩传感器47的影响；直线光栅尺37与光栅固定片36连接，安装在光栅固定座39上；
[0040]所述试件装夹模块包括夹具下压板51、53和夹具上压板52，夹具下压板51通过螺钉固定在夹具夹具轴I上，夹具下压板53通过螺钉固定在夹具支撑座16上的方形槽内与夹具固定轴II 55连接，夹具上、下压板通过螺栓连接，被测试件为圆柱体回转结构，通过带有锯齿状结构的咬合式夹具上、下压板以压紧方式夹持；
[0041]所述的拉压力传感器15设置在直线滚动导轨22上的夹具支撑座16与支撑座I之间，通过固定螺母II 56连接，夹具支撑座16通过螺钉固定在支撑导轨54上，支撑导轨54通过螺钉固定在支撑座I 14上；
[0042]所述的圆光栅49套在与扭矩传感器47连接的夹具固定轴I 50上，且咬合式夹具与夹具固定轴I 50通过螺钉连接，圆光栅49测定扭转角位移；
[0043]所述的压力传感器30 —端与压头31连接，另一端通过螺钉与支撑座IV 35连接，压头31对试件施加弯曲力，弯曲力的大小通过压力传感器30测得；
[0044]所述的双向滚珠丝杠11为左右旋双向丝杠，拉伸过程中左右拉伸工作台对称拉伸，试样中心目标测点位置固定不变，为定点施加弯曲横向力提供有利条件；
[0045]所述的拉压力传感器15和弯曲力传感器30为精密S型传感器。
[0046]参见图1至图7所示，本实用新型的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台所能实现的拉弯复合载荷加载功能涉及功能模块包括直流电机4、两级较大减速比二次包络型蜗轮蜗杆副及精密滚珠丝杠螺母副构成；该两级较大减速比二次包络型蜗轮蜗杆副由一级蜗轮蜗杆、二级蜗轮蜗杆构成；该直流电机4通过电机法兰6固定在基座I上，并通过挠性联轴器与一级蜗杆连接；该二级蜗轮通过弹性联轴器与精密滚珠丝杠连接；步进电机23、挠性联轴器及精密滚珠丝杠27构成；步进电机23通过电机法兰24固定在龙门架2上，并通过挠性联轴器与滚珠丝杠27连接。
[0047]拉扭复合载荷加载功能涉及功能模块包括直流电机4、两级较大减速比二次包络型蜗轮蜗杆副及滚珠丝杠构成；该两级较大减速比二次包络型蜗轮蜗杆副由一级蜗轮蜗杆、二级蜗轮蜗杆构成；该直流电机4通过电机法兰I 6固定在基座I上，并通过挠性联轴器与一级蜗杆连接；该二级蜗轮套在滚珠丝杠11端部；步进电机、挠性联轴器及一级减速直齿圆柱齿轮副构成；步进电机通过电机法兰20 II固定在基座I上，并通过挠性联轴器与安装齿轮18 I的轴连接。
[0048]参见图1至图7，本实用新型涉及的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台所涉及到的元器件具体型号为:直流电机4为直流无刷电机、型号为57ZW24-500，步进电机I 17型号为TDA221，步进电机II 23型号为TDA103，导轨I 22型号为2SRS20M，导轨II 34和支撑导轨54型号为SHW12CRM。
[0049]本实用新型的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，包括拉伸模块、弯曲模块、扭转模块三个功能模块及控制检测模块。
[0050]所述拉压模块实施方式是通过拉压直流电机4通过挠性联轴器带动蜗杆轴I 32转动，蜗杆I 8固定在蜗杆轴I 32上，蜗杆I 8带动蜗轮I 7转动，蜗轮I 7与蜗杆II 10固定在蜗杆轴II 33上，蜗杆II 10带动与其啮合的蜗轮II 12转动，蜗轮II 12固定在双向滚珠丝杠11端部，双向滚珠丝杠11带动布置在一对导轨上的支撑座相向或相离运动，实现对试件的压缩或拉伸。光电编码器3可以对拉压直流电机4进行转速大小和方向的控制，光电编码器3可以对拉压直流电机4进行转速大小和方向的控制，双向滚珠丝杠11可以保证试件的双向拉伸，使试件所受载荷均匀对称。[0051]所述弯曲模块是步进电机II 23通过挠性联轴器III 24与滚珠丝杠27连接，丝杠螺母28带动安装在导轨34 II上的支撑座IV 35移动，压头31下移对试件施加弯曲载荷，步进电机驱动器可以控制步进电机II 23转速的大小和方向。
[0052]所述扭转模块是步进电机I 17通过挠性联轴器带动齿轮II 19转动，与其啮合的齿轮I 18转动，齿轮I 18安装在齿轮轴43上，挠性联轴器III 42连接齿轮轴43和扭矩传感器47，挠性联轴器II 40连接扭矩传感器47和法兰轴承I 58，法兰轴承I 58和法兰轴承
II59安装在夹具固定轴I 50上，夹具下压板I 51和夹具上压板52与夹具固定轴I 50通过螺栓连接在一起，进而实现对试件的扭转。
[0053]所述控制检测模块包括拉压力传感器15、弯曲力传感器30、扭矩传感器47、直线光栅尺37、圆光栅49、光电编码器3和步进电机驱动器。拉压力传感器15通过螺栓一端与支撑座I 14连接，另一端与夹具支撑座16连接，夹具支撑座16布置在支撑导轨54上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨54上，从而避免拉压力传感器15受到扭转载荷的影响。弯曲力传感器30 —端与压头31连接，另一端通过螺钉与弯曲支撑座IV 35连接，压头31对试件施加弯曲力同时将力传递到弯曲力传感器30上，从而准确测量弯曲力的大小。扭矩传感器47两端通过挠性联轴器II1、II 42、40分别与齿轮I 18和夹具固定轴I 50连接，支撑座VI 48内部安装有一对法兰轴承I 58、II 59，可以承受轴向载荷，避免拉伸载荷对扭矩传感器47的影响。
[0054]所述的双向滚珠丝杠11为左右旋双向丝杠，拉伸过程中左右拉伸工作台对称拉伸，试样中心目标测点位置固定不变，为定点施加弯曲横向力提供有利条件。
[0055]所述的拉压力传感器15和弯曲力传感器30为精密S型传感器。
[0056]本实用新型的工作过程:
[0057]在单一轴向拉伸载荷作用下:首先将上述小型圆柱形试件放置在两个咬合式夹具下压板I 51、II 53锯齿结构上，转动双向滚珠丝杠11调节试件初始位置，使试件两头夹持部分长度合适。将相应的上压板用螺栓安装到相应位置，保证试件安装轴线与实验拉伸方向平行，调整螺栓，对试件压紧。光电编码器3和拉压直流电机4组成驱动单元，通过向光电编码器3输入脉冲信号，控制拉压直流电机4转速及方向。两级蜗轮蜗杆副将运动传递给双向滚珠丝杠11，同时实现减速增扭，双向滚珠丝杠11转动通过两个螺母带动支撑座I 14向相反方向移动。拉伸过程中，固定在支撑座II 21上的直线光栅尺读数头38和固定在基座I上的光栅尺37采集位移信号送入计算机中进行处理，位于支撑座I 14和夹具支撑座16之间的拉压力传感器15采集载荷信号送入计算机进行处理。经过软件系统处理的数据显示为表征材料力学性能的应力应变曲线，进而获得材料各项力学参数。
[0058]在单一扭转载荷作用下:同上所述，将小型圆柱形试件进行装夹，其初始位置应使试件与夹具固定轴I 50同轴。将脉冲信号送入步进电机驱动器，控制步进电机I 17速度及方向。一对由齿轮I 18、II 19构成的齿轮副将运动传递给轴43，轴43通过联轴器III 42将运动传递给扭矩传感器47，扭矩传感器47通过联轴器II 40将运动传递给夹具固定轴I 50，夹具固定轴I 50带动安装在其上的咬合式夹具转动，实现对试件一端的扭转，试件另一端夹具体则固定在支撑座I 14上不转动。扭转实验中，安装在夹具固定轴I 50上的圆光栅49和固定在支撑座上的圆光栅读头61采集试件扭转角位移信号并送入计算机，通过传感器固定座41固定在支撑座上的扭矩传感器47采集试件扭矩信号并送入计算机。通过计算机软件系统对送入角位移和扭矩信号的处理，得到该材料在扭转载荷下的材料力学参数。
[0059]在单一弯曲载荷作用下:同上所述，将小型圆柱试件进行装夹，其初始位置应使试件中点位于压头31的压入点。将脉冲信号送入步进电机驱动器，控制步进电机II 23速度及方向，其电机输出轴通过联轴器I 25与滚珠丝杠27相连，滚珠丝杠27通过螺母28带动支撑座III 29实现垂直方向的运动，压力传感器30 —端通过螺钉固定在支撑座III 29上，另一端通过螺钉与压头31相连，弯曲力通过压头31施加在试件上。弯曲实验时，先驱动压头下降至与试件接触状态，此时通过驱动器记录脉冲数，置为开始状态，对试件进行弯曲载荷施加时，压力传感器30将采集到的弯曲力信号送回计算机，利用计算机软件系统对采集信号进行处理，得到相关材料力学性能参数。
[0060]在拉扭不同比例加载工作模式下:同上所述，首先将小型圆柱形试件进行装夹，使其初始位置应使试件与夹具固定轴I 50同轴。通过光电编码器3和扭转步进电机驱动器控制两电机转速，实现拉扭载荷同时作用，通过直线光栅尺和圆光栅系统采集试件拉伸位移及扭转角位移信号送入计算机，通过拉压力传感器15和扭矩传感器47采集试件拉应力与扭转力矩信号送入计算机。计算机软件系统对采集到的数据进行处理，分析获得试件在此组合模式下的力学性能参数。
[0061]在拉弯不同比例加载工作模式下:同上所述，首先将小型圆柱形试件进行装夹，使其初始位置应使试件中点位于压头31的压入点。通过光电编码器3和弯曲步进电机驱动器控制两电机转速实现拉弯载荷同时作用。在驱动光电编码器3前，应先通过控制弯曲步进电机驱动器驱动压头31下降至与试件接触状态，即为拉弯实验开始状态，此时驱动光电编码器3，实现对试件拉力和弯曲力的同时作用，通过直线光栅尺系统将试件拉伸位移信号送入计算机，通过拉压力传感器15和压力传感器30采集试件拉力和弯曲力信号送入计算机。计算机软件系统对采集到的数据进行处理，分析获得材料在此组合模式下的力学性能参数。
[0062]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。
【权利要求】
1.一种拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:包括拉压模块、弯曲模块、扭转模块、控制检测模块、试件装夹模块，测试平台以拉压模块为基本功能模块，扭转模块布置在拉压模块一端，其功能可与拉压模块功能相互独立或关联，试件装夹模块布置在拉压模块上，弯曲模块独立布置在测试平台上龙门架(2 ) —侧，功能与拉压模块相互独立，控制检测模块分布在各个功能模块上；所述拉压模块是:直流电机(4)带动蜗杆I (8)转动，蜗杆I (8)带动蜗轮I (7)转动，蜗杆II (10)带动蜗轮II (12)转动，输出动力使双向滚珠丝杠(11)转动，布置在直线滚动导轨I (22)上的两端支撑座相离或相向运动，实现对试件的拉伸或压缩；光电编码器(3)控制直流电机(4)的转速大小和方向，支撑蜗杆轴II (33)的圆锥滚子轴承I (9)承受蜗杆所受轴向力，双向滚珠丝杠(11)使试件进行双向拉压，保证试件所受载荷均匀对称；所述弯曲模块是:步进电机II (23)通过电机法兰111(24)、挠性联轴器I (25)与滚珠丝杠(27)连接，丝杠螺母I (28)带动安装在导轨II (34)上的支撑座IV(35)上下移动，压头(31)下移实现对试件的弯曲载荷，步进电机驱动器控制步进电机II (23)转速的大小和方向；所述扭转模块是:步进电机I (17)带动齿轮II (19)转动，齿轮I (18)与齿轮II (19)啮合，齿轮I (18)安装在轴(43)上，挠性联轴器III (42)连接轴(43)和扭矩传感器(47)，挠性联轴器II (40)连接扭矩传感器(47)和夹具固定轴I (50)，扭矩传感器(47)固定在传感器固定座(41)上，夹具固定轴I (50)通过法兰轴承1、II (58、59)安装在支撑座VI(48)上，夹具下压板I (51)与夹具固定轴I (50)通过螺栓连接在一起；所述控制检测模块包括拉压力传感器(15)、压力传感器(30)、扭矩传感器(47)、直线光栅尺(37)、圆光栅(49)、光电编码器(3)和步进电机驱动器，拉压力传感器(15)通过螺栓一端与支撑座I (14)连接，另一端与夹具支撑座(16)连接，夹具支撑座(16)布置在支撑导轨(54)上，试件受到扭转载荷时夹具支撑座将扭转载荷传递到支撑导轨(54)上，从而避免拉压力传感器(15)受到`扭转载荷的影响；扭矩传感器(47)两端通过挠性联轴器I1、III(40、42)分别与轴(43)和夹具固定轴I (50)连接，支撑座VI (48)内部安装有法兰轴承1、Π(58、59)，承受轴向载荷，避免拉伸载荷对扭矩传感器(47)的影响；所述试件装夹模块包括夹具下压板1、II (51,53)和夹具上压板(52)，夹具下压板(51)通过螺钉固定在夹具轴(50)上，夹具下压板(53)通过螺钉固定在夹具支撑座(16)上，夹具上、下压板通过螺栓连接，实现对试件的夹持。
2.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的拉压力传感器(15)设置在直线滚动导轨(22)上的夹具支撑座(16)与支撑座I (14)之间，通过螺钉连接，夹具支撑座(16)通过螺钉固定在支撑导轨(54)上，支撑导轨(54)通过螺钉固定在支撑座I (14)上。
3.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的圆光栅(49)套在与扭矩传感器(47)连接的夹具固定轴I (50)上，且咬合式夹具与夹具固定轴I (50)通过螺钉连接，圆光栅(49)测定扭转角位移。
4.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的压力传感器(30) —端与压头(31)连接，另一端通过螺钉与支撑座IV(35)连接，压头(31)对试件施加弯曲力，弯曲力的大小通过压力传感器(30)测得。
5.根据权利要求3所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的咬合式夹具由一对咬合式的夹具上、下压板组成，夹具下压板分别与夹具固定轴I (50)及夹具支撑座(16)通过方形槽固定，并通过夹具体连接螺钉进行连接，被测试件为圆柱体回转结构，通过带有锯齿状结构的咬合式夹具上、下压板以压紧方式夹持。
6.根据权利要求1所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的双向滚珠丝杠(11)为左右旋双向丝杠，拉伸过程中左右拉伸工作台对称拉伸，试样中心目标测点位置固定不变。
7.根据权利要求1或2所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的拉压力传感器(15)为精密S型传感器。
8.根据权利要求1或4所述的拉伸-弯曲-扭转多载荷下的材料微观力学性能测试平台，其特征在于:所述的弯曲力 传感器(30)为精密S型传感器。
【文档编号】G01N3/00GK203405370SQ201320461089
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】赵宏伟, 杨柳青, 孔祥飞, 赵丹, 吴鹏辉 申请人:吉林大学