螺钉28。移动平台2的倾覆运动通过三向力传感器27和上夹具体26传递至被测试件25，三向力传感器27用于检测试件25所受的拉伸及弯曲载荷。所述的支撑单元包括球面副移动部分和转动副固定部分，其中球面副移动部分由移动平台2、球面副固定支架3、球面副活动支架4和球面副紧固螺钉5组成，转动副固定部分由圆锥滚子轴承12、转动副螺母13、转动轴14和固定平台15组成。通过球面副活动支架4、球面副紧固螺钉5和球面副移动端6组成的球面副可实现移动平台2的三自由度运动。
[0030]所述的复合应力为基于三自由度并联机构实现的拉伸-弯曲复合应力。三个多载荷压电驱动器呈等边三角形拓扑安装形式，其输出的高频交变位移通过由球面副移动端6、球面副固定支架3以及球面副活动支架4组成的球面副传递至移动平台2。基于多模式的时序驱动电压，三个多载荷封装式压电叠堆9可实现多样的轴向伸长运动的组合形式，即可驱动移动平台2实现三自由度高频交变运动。进而，被测微尺度试件25可实现不同模式的高频拉伸-弯曲复合受载形式。
[0031]所述的氮化硅加热片24具有不同的温度测量行程，其两两对称安装于上夹具体26和下夹具体23的矩形卡槽中。氮化硅加热片24可根据测试温度的需求进行插拔更换，其产生的热量经上夹具体26和下夹具体23传导至试件25上。当向四个氮化硅加热片24施加不同幅值的交流电压时，试件25的受热环境实为具有可控温度梯度的服役温度场。隔热板31和导热板32均固定安装在上夹具体26和下夹具体23中，其材料分别为耐高温隔热棉和紫铜。外层水冷管22中的循环水介质用于隔热板31的实时降温，导热板32用于将氮化硅加热片24产生的热量传递至被测试件25。
[0032]所述的拉伸压电驱动器可为试件25在复合应力下的疲劳测试提供较大运动行程的单轴拉伸载荷的预加载。拉伸压电驱动器的安装轴线与本实用新型在竖直方向上的几何对称轴线同轴。拉伸柔性铰链17的刚性部分通过平垫片18和膨胀螺栓19与铰链支撑架20刚性连接，其柔性变形部分加工有规则沟槽结构，该沟槽结构可确保拉伸封装式压电叠堆29承受压缩载荷，且可对拉伸封装式压电叠堆29输出的直线位移进行恒比率的线性放大。膨胀螺栓19可确保拉伸柔性铰链17的柔性变形部分不与铰链支撑架20发生摩擦。
[0033]所述的耐高温隔热棉16与多载荷柔性铰链10的刚性部分紧固连接，三个耐高温隔热棉16的相对位置为等边三角形拓扑形式，且均面向被测试件25安装，用于隔绝氮化硅加热片24对多载荷封装式压电叠堆9的直接热辐射，可削弱高温辐射对多载荷封装式压电叠堆9输出位移的影响。铰链支撑架20的侧壁上加工有规则的镂空栅格，用于拉伸封装式压电叠堆29的散热。
[0034]所述的多载荷封装式压电叠堆9和拉伸封装式压电叠堆29均为叠堆式压电陶瓷促动器，具有输出位移自检测功能，响应时间为亚毫秒级。结合多载荷柔性铰链10和拉伸柔性铰链17柔性变形机构的恒定位移放大比率，可分别获取四个压电驱动器输出端亚纳米分辨率的实时位移。因此，本实用新型无需配置其他元件即可对压电驱动器的输出位移进行检测。此外，本实用新型体积小巧，结构紧凑，亦可与三维数字散斑成像仪器兼容使用，对被测试件25在拉伸-弯曲复合载荷作用下的应变进行实时检测。
[0035]参见图1至图6，本实用新型涉及一种复合应力下微构件高温疲劳性能测试装置，测试装置的整体尺寸约为主体尺寸为153 mm X 146 mm X 135 mm，本实用新型中涉及到的元器件和具体型号为:多载荷封装式压电叠堆9的型号为PST-1000/10/100 VS18，刚度为75 N/μ m，谐振频率为27 kHz,最大负载为5000 N，标称位移为55 μπι。拉伸封装式压电叠堆29的型号为PST-1000/35/7 VS45，刚度为4000 Ν/μπι，谐振频率为37 kHz，最大负载为70000 N，标称位移为12 μπι。三向力传感器27为定制元件，x、y、z三个方向的测力行程分别为20 N, 20 N和40 No预紧楔形块7具有15°的楔形角，可实现多载荷封装式压电叠堆9的预紧自锁，最大预紧力可到462.4 No拉伸柔性铰链17可实现对拉伸封装式压电叠堆29的位移放大比为1.8。氮化硅加热片23型号为ZK-DHG具备加热温度高最高可达1500°C和工作寿命长高于5000小时等优点。该加热片选用高性能氮化硅陶瓷为载体并内嵌进口钨丝为发热源，经模压成型、高温高压烧结和表面加工处理等工艺，既作为优质的绝缘体又作为良好的导热体。耐高温隔热棉16型号为KWHT具有低导热率和低热容的特点。预紧楔形块7、拉伸柔性铰链17、铰链支撑架20和拉伸封装式压电叠堆29均采用线切割方式加工，传感器法兰1、移动平台2、球面副固定支架3、球面副活动支架4和固定平台15的定位面和接触面均做抛光平坦化处理。其中，球面副固定支架3、球面副活动支架4球面凹槽的加工分为两个工序，分别为精密数控镗削加工和快速刀具伺服加工。球面副移动端6前端的球头采用超精密数控车削加工。
[0036]多载荷封装式压电叠堆9和拉伸封装式压电叠堆29均为叠堆式压电陶瓷促动器，具有输出位移自检测功能，在测试之前，采用LK-G100型激光测微仪测量行程为1mm，分辨率为0.01 μπι对连续驱动电压下柔性铰链输出端的实际位移进行检测，并与叠堆式压电陶瓷促动器输出模拟电压信号对应的位移进行对比。经测试，当给定峰值电压时，多载荷封装式压电叠堆9和拉伸封装式压电叠堆29的输出位移分别为53 μ m和12.6 μ m，加载分辨率优于20nm。本实用新型可采用数字散斑技术对被测试件25的三维应变进行实时检测。测试中采用的三维数字散斑动态应变测量分析系统是一种光学非接触式测量系统，采用数字图像相关方法DICDigital Image Correlat1n，结合双目立体视觉技术，采用两个高速摄像机，实时采集物体各个变形阶段的散斑图像，可计算出全场应变。具体测试之前，被测试件25需要做表面喷涂处理，三维数字散斑的应变测试精度取决于表面喷涂颗粒的直径尺寸。测试过程中，给定多载荷封装式压电叠堆9和拉伸封装式压电叠堆29的驱动电压幅值上限为140V，驱动频率上限为150Hz，施加的驱动电压信号为恒定频率或扫频正弦波，以避免方波或锯齿波在换向过程中引起的惯性冲击。在进行疲劳测试之前，可采用线切割加工出被测试件25的外轮廓并制备出具有应力薄弱区域的微缺陷，亦可采用压入测试等方法在被测试件25表面试制出具有特定形貌的微缺陷。在具体的测试过程中，首先将多载荷封装式压电叠堆9和拉伸封装式压电叠堆29的两组输入电极对接放电，以避免叠堆内电荷积累对其输出位移的削弱。测试过程中Art USB-2817多路数据采集卡对三向力传感器27输出的模拟电压信号进行精密采集。
[0037]本实用新型在实际使用时，首先将被测试件25的夹持部分安装至下夹具体23和上夹具体26的楔形凹槽中，以确保初拉伸测试的初始对中性。之后打开流体介质控制阀，在外层水冷管22中通低温冷却水，向四组氮化硅加热片24施加最高幅值为220V的交变电压，当向四个氮化硅加热片24施加不同幅值的交流电压时，试件25的受热环境实为具有可控温度梯度的服役温度场，因氮化硅加热片24的升温即快，构建的温度场可在半分钟内达到温度稳态。在完成试件装夹和温度施加后，由任意波形发生器给定特定的频率和波形信号，通过功率放大器，将输出的电压信号作用于多载荷封装式压电叠堆9和拉伸封装式压电叠堆29两组电极上