[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

摘要

本发明涉及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，属于原位力学性能测试领域。其通过电阻丝对试件进行加热，结合高放大倍率固态CCD工业成像镜头观测，可以动态的监测材料在不同环境温度下在弯曲载荷作用下其微观组织结构变化以及裂纹的萌生、扩展等微观力学行为。本发明主要由精密驱动传动单元、检测单元、成像系统单元、温度场控制单元、辅助支撑单元组成。优点在于：结构简单紧凑、传动平稳、有效地结合温度场和应力场，在高分辨率成像系统下可对材料的微观变形、损伤与断裂过程进行原位观测，为揭示材料在不同温度场下的力学特性和损伤机制提供了崭新的测试方法。

主权项

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。