[实用新型]压电驱动冲击压痕测试装置

说明书

本实用新型涉及一种压电驱动冲击压痕测试装置，属于材料微观力学性能测试领域。主要由冲击压痕作动单元、载荷和位移检测单元、Z轴宏观移动单元以及二维微位移平台等部分组成。直流伺服电机通过蜗轮蜗杆减速后带动丝杠螺母运动，实现冲击单元的宏观移动和定位；压电叠堆驱动作动杆端部向下动作，带动撞针冲击被测试件；载荷和位移检测单元分别采集被测试件所受载荷和撞针压入深度，并由计算机进行数据处理和分析。优点在于：将柔性铰链运用到冲击压痕作动单元中，摩擦阻力小、灵敏度高，结构新颖、体积小，可实现良好的动态冲击效果。

技术领域

本实用新型涉及材料微观力学性能测试领域，特别涉及一种集成宏观驱动、动态冲击和精密检测为一体的动态压痕测试装置，尤指一种压电驱动冲击压痕测试装置。本实用新型可实现对被测试件进行动态加载，通过高精度传感器对相关测量数据进行采集，进而经处理分析后获得材料的相关力学性能参数。本实用新型在精密检测、材料科学、微机电系统等领域具有较好的应用前景，并将丰富现有的材料微观力学性能测试的技术体系。

背景技术

材料微观力学性能测试是近几年发展起来的前沿技术，受到各国政府和研究机构的高度关注。微纳米级材料力学性能测试主要包括纳米压痕、纳米划痕、原子力显微镜、微机电系统专用测试技术及相关支撑技术等。其中，纳米压痕测试技术主要是通过连续记录载荷和压入深度来获得相应曲线，而后通过分析获得材料的力学性能信息。目前，利用纳米压痕测试技术已经可以获得材料的硬度、弹性模量、应力-应变曲线、断裂韧性等数据资料，这对于材料的静态性能分析具有很大的应用价值。然而，由于某些材料处于高速冲击、高应变率等特殊工作环境下，仅靠单一的静态性能测试无法满足工程上材料的应用需求，而需通过特定的装置对材料进行冲击测试，实现动态加载，以获得材料在冲击载荷作用下的力学性能。

Hopkinson装置是目前较为常用的材料动态性能测试方法，其基本原理为冲击头被特定装置加速，获得较大动量后经由输入杆撞击被测试件，以实现动态压入。该技术在加载方式和测量精度方面相对于其他动态测试技术具有显著优势，很多学者对其进行改造，用以进行动态压痕实验。但该装置体积较大，且对于冲击头、输入杆等部件的尺寸、材料及安装方式等方面存在特定要求，不适合用于材料的微观力学性能测试。

总体来看，在材料微观力学性能测试领域，已有相关专家对静态的纳米压痕测试装置进行研究，并且取得了一部分成果，但对于动态冲击测试的研究，国内外相对较少。因此，对于可实现动态加载的测试装置展开研究，是十分有必要的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种压电驱动冲击压痕测试装置，解决现有技术存在的上述问题。本实用新型可实现宏观定位、动态加载和换点测试等操作。该装置主要由宏观移动单元完成撞针的快速定位；采用压电叠堆驱动作动杆，进而带动撞针对试件进行冲击；由载荷和位移检测单元完成冲击过程中载荷与位移的检测；通过二维微位移平台完成被测试件的换点测试。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

压电驱动冲击压痕测试装置，由冲击压痕作动单元、载荷和位移检测单元、Z轴宏观移动单元和二维微位移平台组成。Z轴宏观移动单元固定在基座19上，冲击压痕作动单元固定在Z轴宏观移动单元的滑台11上，其上安装有位移检测单元；二维微位移平台固定于基座19上，其上安装有载荷检测单元。

所述冲击压痕作动单元由作动杆16、压杆22、撞针21、支撑平台12、压电叠堆15、预紧螺钉13和压电叠堆固定座14，作动杆16加工有柔性铰链，且成悬臂式安装，一端固定于支撑平台12上，另一端上依次安装有位移检测板23、压杆22和撞针21，压电叠堆15为动力源，安装在压电叠堆固定座14和作动杆16之间，位于作动杆16一侧的凹槽中，并通过预紧螺钉13进行预紧；由压电叠堆固定座14进行支撑和定位，并通过预紧螺钉13施加预紧力。测试时首先由Z轴宏观移动单元完成撞针21的宏观定位，而后压电叠堆15驱动作动杆16端部向下动作，进而带动撞针21冲击被测试件，实现动态加载，此过程中同时进行数据采集。