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专利号: 2016110803104
申请人: 盐城工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试的方法,其特征在于,装置包括:四点弯曲预载荷加载单元、四点弯曲疲劳加载单元、拉伸预载荷加载单元、拉伸疲劳加载单元以及上位机;

所述的四点弯曲预载荷加载单元包括:直流伺服电机Ⅰ(1)、电机法兰盘Ⅰ(2)、单向滚珠丝杠Ⅱ(36)以及位移传感器Ⅱ(19),其中,直流伺服电机Ⅰ(1)通过电机法兰盘Ⅰ(2)与测试平台基座(33)相连,直流伺服电机Ⅰ(1)的输出轴依次经由第一减速增扭单元实现减速、增扭后与单向滚珠丝杠Ⅱ(36)的丝杠转动副连接,单向滚珠丝杠Ⅱ(36)上的螺母移动副上固定连接弯曲模块支撑座(34), 测试平台基座(33)上设有用于测量弯曲模块支撑座(34)位移量的位移传感器Ⅱ(19),弯曲模块支撑座(34)上刚性固定所述四点弯曲疲劳加载单元;

所述四点弯曲疲劳加载单元包括:压电叠堆I(25)、柔性铰链Ⅰ(24)、力传感器Ⅰ(26)和四点弯曲压头(28);其中,压电叠堆I (25)安装于柔性铰链Ⅰ(24)的凹槽内,通过预紧螺钉进行预紧,四点弯曲压头(28)经由力传感器Ⅰ(26)安装于柔性铰链Ⅰ(24)的输出端处,柔性铰链Ⅰ(24)刚性固定在弯曲模块支撑座(34)上;

所述拉伸预载荷加载单元包括:直流伺服电机Ⅱ(12)、电机法兰盘Ⅱ(13)、精密双向滚珠丝杠、拉伸夹持台I(21)、拉伸夹持台II (32)、夹具Ⅰ(30)以及力传感器Ⅱ(31),其中,直流伺服电机Ⅱ(12)通过电机法兰盘Ⅱ(13)安装在测试平台基座(33)上,通过第二减速增扭单元实现减速、增扭后与精密双向滚珠丝杠的丝杠转动副连接,精密双向滚珠丝杠上两个螺母移动副中的一个连接拉伸夹持台I(21),另一个连接拉伸夹持台II (32),夹具Ⅰ(30)通过拉伸夹持台Ⅰ(21)和拉伸夹持台Ⅱ(32)安装在与测试平台基座(33)固连的直线导轨滑块Ⅱ(20)上;在夹具Ⅰ(30)的端部安装有用于检测测试试件所受拉力的力传感器Ⅱ(31),夹具Ⅰ(30)下方设置有随时监测拉伸量的位移传感器Ⅱ(19);

所述拉伸疲劳加载单元包括:柔性铰链Ⅱ(10)、压电叠堆Ⅱ(11)、夹具Ⅱ(35)以及位移传感器Ⅱ(19),所述压电叠堆Ⅱ(11)安装在柔性铰链Ⅱ(10)内,柔性铰链Ⅱ(10)固定端通过螺钉固定在拉伸夹持台Ⅰ(21)上,柔性铰链Ⅱ(10)的活动端与夹具Ⅱ(35)相连,夹具Ⅱ(35)通过拉伸夹持台Ⅰ(21)、拉伸夹持台Ⅱ(32)安装在与测试平台基座(33)固连的直线导轨滑块Ⅱ(20)上;

所述上位机分别与直流伺服电机Ⅰ(1)、位移传感器Ⅱ(19)、压电叠堆I(25)、力传感器Ⅰ(26)、直流伺服电机Ⅱ(12)、力传感器Ⅱ(31)、接触式位移传感器Ⅱ(19)、以及压电叠堆Ⅱ(11)控制连接;包括以下几个步骤:a.进行力学测试前,首先通过直流伺服电机Ⅰ(1)和直流伺服电机Ⅱ(12)调整试件夹具及四点弯曲压头(28)的位置,以便试件(29)的安装;

b.将试件(29)安装、夹紧后,将各个力传感器和位移传感器的示数清零;

c.对测试过程进行动态监测之前,调整光学显微镜镜头与试件(29)的相对位置,直至试件(29)的中心处在光学显微镜镜头视场的中心位置;

d.通过直流伺服电机Ⅰ(1)和直流伺服电机Ⅱ(12)对试件(29)施加拉伸载荷或弯曲载荷, 在实现拉伸疲劳的过程中,通过压电叠堆Ⅱ(11)驱使柔性铰链Ⅱ(10)实现试件(29)拉伸方向中低频往复运动,实现疲劳加载;在实现弯曲疲劳的过程中, 通过压电叠堆I (25)驱动柔性铰链Ⅰ(24)带动力传感器Ⅰ(26)和四点弯曲压头(28)输出微小交变位移,完成弯曲载荷下的低频疲劳加载;

e.通过光学系统、CCD图像传感器采集图像信息, 对材料的微观组织变形、损伤与断裂等过程进行在线观测,并通过相应的接口电路,将图像信息传入计算机;

f.通过计算机中的Labview人机交互界面对实验加载条件进行设定,所述条件包括疲劳应变幅值、频率、载荷或位移加载参数;

g.通过计算机将设定好的参数下发到各自的控制器中,由控制器将输出信号转换成电信号,经控制器分别实现驱动丝杠螺母单元移动、疲劳单元加载;

f.测试结束后,通过所得应力应变数据以及图像信息对材料在拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳复合载荷作用下的微观力学性能进行分析;

步骤d具体包括以下试验方法,

使用所述拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸和拉压疲劳耦合加载方法,在拉伸载荷加载基础上,通过压电叠堆Ⅱ 通入持续的交变电压,驱使柔性铰链Ⅱ实现试件拉伸方向中低频往复运动,实现拉伸和拉压疲劳加载;

使用所述拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸‑拉压疲劳‑四点弯曲耦合加载方法,通过上位机控制软件驱动直流伺服电机Ⅱ和直流伺服电机Ⅰ,带动拉伸夹具Ⅰ、Ⅱ和四点弯曲压头,同时压电叠堆Ⅱ在信号驱动电压的驱动下输出微小交变位移,带动夹具Ⅱ做微小位移,实现拉伸疲劳‑四点弯曲加载;

使用所述拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸‑拉压疲劳‑四点弯曲‑弯曲疲劳耦合加载方法,通过上位机控制软件驱动直流伺服电机Ⅱ和直流伺服电机Ⅰ,带动拉伸夹具Ⅰ、Ⅱ和四点弯曲压头,同时压电叠堆Ⅱ和压电叠堆I 在信号驱动电压的驱动下输出微小交变位移,带动夹具Ⅱ 和四点弯曲压头做微小位移,实现拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳加载;

所述测试平台基座(33)上设有位移传感器支座Ⅰ(8),弯曲模块支撑座(34)的侧部固定连接有L形挡板(37);所述位移传感器Ⅱ(19)安装在位移传感器支座Ⅰ(8)上,用来测量L形挡板(37)的位移量,进而得出四点弯曲压头(28)的位移量。

2.根据权利要求1所述的拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试的方法,其特征在于:所述第一减速增扭单元包括传动连接的蜗轮Ⅰ(5)和蜗杆Ⅰ(6);所述第二减速增扭单元包括传动连接的蜗轮Ⅱ(16)和蜗杆Ⅱ(17)。

3.根据权利要求1所述的拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试的方法,其特征在于:所述的夹具I(30)、夹具Ⅱ(35)均通过旋紧螺钉(38)对试件(29)进行夹紧;所述试件(29)上加工有与旋紧螺钉(38)相配合实现试件定位的U 型槽,然后在试件(29)的上部依次放置防滑垫层、上压板,最后通过内六角螺栓实现对试件(29)的压紧。

4.根据权利要求1所述的拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试装置进行拉伸疲劳‑四点弯曲疲劳原位力学测试的方法,其特征在于,测试前将试件(29)进行研磨抛光、金相腐蚀处理。