[发明专利]测试环境温度可调的材料力学性能原位三点弯曲测试平台

权利要求书

1.一种测试环境温度可调的材料力学性能原位三点弯曲测试平台，其特征在于：包括精密驱动传动单元、检测单元、成像系统单元、温度场控制单元、辅助支撑单元，针对材料在不同温度场作用下微观组织形貌、晶格变化、裂纹的萌生、扩展现象进行原位实时动态的观测；

所述精密驱动传动单元由直流电机（3）、轴（20）、蜗杆（19）和蜗轮（21）组成，其中，直流电机（3）通过螺钉Ⅱ（18）紧固在机架（2）上，电机（3）的输出轴与蜗杆（19）固连，经蜗轮（21）减速将动力输出到轴（20）上；轴（20）带动齿轮Ⅱ（33）进行旋转，通过齿轮的啮合作用将旋转运动同时传递给齿轮Ⅰ（35），齿轮Ⅰ、Ⅱ（35、33）的偏心孔分别通过销轴Ⅰ、Ⅱ（36、22）与连杆Ⅰ、Ⅱ（37、31）相连；连杆Ⅰ、Ⅱ（37、31）的另一端分别通过销轴Ⅲ、Ⅳ（32、30）与滑块Ⅰ、Ⅱ（23、29）相连；通过此结构将齿轮副偏心孔的旋转运动转化为滑块Ⅰ、Ⅱ（23、29）的直线运动；滑块Ⅰ、Ⅱ（23、29）分别由滑轨Ⅰ、Ⅱ（25、28）进行导向，二者之间采用V型槽进行导向，滑轨Ⅰ、Ⅱ（25、28）分别与机架（2）之间通过螺钉Ⅴ（27）固定；所述精密驱动传动单元采用完全对称方式布置，利用曲柄滑块机构巧妙地将齿轮Ⅰ、Ⅱ（35、33)的旋转运动转化为滑块Ⅰ、Ⅱ（23、29）的直线运动，输出载荷稳定、可靠且对称分布；

所述检测单元由力传感器（6）、激光位移传感器Ⅰ、Ⅱ（5、8）构成，其中，力传感器（6）两端通过连接螺纹分别与压头（7）、机架（2）固定连接，激光位移传感器Ⅰ、Ⅱ（5、8）与机架（2）之间通过螺钉Ⅳ（26）固定连接；所述力传感器（6）、激光位移传感器Ⅰ、Ⅱ（5、8）分别检测试件（10）在三点弯曲变形过程中载荷与位移的变化；

所述成像系统单元主要由CCD工业成像镜头（12）、支架Ⅰ、Ⅱ（15、11）、回转架（14）、压板（13）和调节旋钮（16）件构成，其中，CCD工业成像镜头（12）通过螺钉Ⅵ（34）将其紧固在压板（13）与回转架（14）之间，可随回转架（14）一起转动；支架Ⅰ、Ⅱ（15、11）与机架（2）之间由螺钉Ⅲ（24）固定，用于支撑CCD工业成像镜头（12）；通过调节旋钮（16）可以对CCD镜头的成像角度进行调节；所述成像系统单元利用CCD成像镜头（12）可以观测材料微观组织形貌、晶格变化、裂纹的萌生、扩展现象；

所述温度场控制单元主要由加热电阻丝（9）和温控器（4）组成，其中，温控器（4）为一个电压可调的开关，通过控制温控器（4）给加热电阻丝（9）的供电电压就可以方便的调节对试件（10）的加热温度，以实现不同的加热温度；

所述辅助支撑单元主要由机架（2）、上盖板（1）构成，上盖板（1）与机架（2）之间通过螺钉Ⅰ（17）固定连接；由机架（2）和上盖板（1）将整个测试平台分割成两个相对独立的空间，避免驱动、控制部件与检测单元之间的信号干扰，保护电机不受加热电阻丝的影响。

2.根据权利要求1所述的测试环境温度可调的材料力学性能原位三点弯曲测试平台，其特征在于：所述的精密驱动传动单元通过曲柄滑块机构将齿轮Ⅰ、Ⅱ（35、33）的旋转运动转化为滑块Ⅰ、Ⅱ（23、29）的直线运动，进而推动试件（10）压向压头（7），发生挠曲变形；由于压头（7）固定不动，试件（10）两端在滑块Ⅰ、Ⅱ（23、29）的作用下同步向下移动，保证了试件（10）的中心点的高度不发生改变，便于实现原位观察；而且采取的两个曲柄滑块机构对称布置，在试件（10）中心观测区域留有较大的空间，便于施加温度场以及原位成像镜头。

3.根据权利要求1所述的测试环境温度可调的材料力学性能原位三点弯曲测试平台，其特征在于：所述的成像系统单元采用高倍数固态CCD工业成像镜头（12）及其调整机构，可以在测试过程中对材料微观组织形貌、晶格变化、裂纹的萌生、扩展现象进行原位观测；转动调节旋钮（16）可调节CCD工业成像镜头（12）的视场成像角度，保证具有较好的成像视角。

4.根据权利要求1所述的测试环境温度可调的材料力学性能原位三点弯曲测试平台，其特征在于：所述的温度场控制单元通过加热电阻丝（9）对试件（10）进行接触式加热，通过温控器（5）调节对加热电阻丝（9）的供电电压，试件（10）在不同的供电电压下会在不同的温度下能达到热平衡，进而完成对试件（10）的变温加载。