一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置

本发明属于材料力学性能测试设备，特别是涉及一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置。

背景技术：

1、电子动态疲劳试验机，广泛用于各种元件和材料的疲劳测试。其采用直线电机驱动夹具运动，无需液压油源，具备体积小，易维护以及兼容性强等优点。在材料测试领域中，如水凝胶、生物材料和有机凝胶类的测试材料只有在液体环境下才能长时间保持性能稳定，且此类材料强度较低，在测试时所需载荷较小，无法安装接触式引伸计测量应变。介于上述特点，电子动态疲劳试验机无法直接满足对此类材料的测试需要。目前主流处理方案是在试验机的下夹具底部加装浴槽，下夹具支撑柱与浴槽底部需做活动式动密封连接，结构复杂，且密封性要求高，自动化开发难度高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，以解决上述现有技术存在的问题。

2、一方面为实现上述目的，本发明提供了一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，应用于水凝胶、生物材料和有机凝胶类等低强度材料在液体环境下的力学性能测试，尤其适用于长周期的疲劳力学性能测试，具体包括力传感器、延长杆、上夹具、凹字形梁、下夹具、浴槽和电动升降台；所述力传感器连接于试验机运动端和所述延长杆之间，所述上夹具安装于所述延长杆的末端；所述电动升降台固定于试验机工作平台的中心位置，所述浴槽安装于所述电动升降台的顶端，所述浴槽在所述电动升降台的驱动下升降，以实现液体环境与非液体环境的切换；所述凹字形梁由两个弯曲悬臂梁构成，两个所述弯曲悬臂梁分别固定于所述浴槽两侧的试验机工作平台上，两个所述弯曲悬臂梁之间形成供所述浴槽升降避让的空隙，两个所述弯曲悬臂梁之间通过横梁连接，所述横梁延伸至所述浴槽内部，所述下夹具安装于所述横梁的顶端，试样固定于所述上夹具和所述下夹具之间。

3、可选的，所述弯曲悬臂梁由一个支柱和两个横梁组成，所述支柱与所述横梁之间通过螺栓固定连接。

4、可选的，还包括工业相机，所述工业相机设置在试样的前方，所述工业相机装配有远心镜头，用于对试样变形进行非接触式精密测量。

5、可选的，还包括数据采集卡和上位机，所述数据采集卡分别与所述力传感器和所述电动升降台连接，所述上位机通过总线与所述工业相机和所述数据采集卡连接。

6、可选的，还包括光源，所述光源与万向调节杆连接，所述光源能够切换为前照明模式或背照明模式；在所述前照明模式下，两个光源正对浴槽前方的两个侧面进行照射；所述背照明模式下，一个光源正对浴槽背面进行照射。

7、另一方面为实现上述目的，本发明提供了一种液体环境下材料力学性能测试的方法，应用于上述的一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，包括：

8、s1：降下所述浴槽，安装试样并在试样上制作标记点；

9、s2：升起所述浴槽，使试样完全浸没于液体中，并调整工业相机的视场和光源；

10、s3：按设定程序循环加载试样，同时利用所述工业相机全程拍摄并计算试样的变形数据；

11、s4：降下所述浴槽，使试样暴露于空气中，按设定程序单调加载试样，同时利用所述工业相机全程拍摄并计算试样的变形数据；

12、s5：重复s3至s4步骤，直至试样疲劳失效；

13、s6：降下所述浴槽，取下试样。

14、本发明的技术效果为：

15、（1）凹字形梁结构简单，无密封性需求：凹字形梁具备良好的支撑刚度，且相较于传统下支撑柱穿过浴槽的设计，无需考虑密封性的影响，结构简单，便于进行原试验机的改装。

16、（2）自由切换液体和非液体环境，消除干扰：可自动升降浴槽，在进行疲劳测试时，可使得材料保持在液体环境中，不影响材料性能的改变；当需要进行力学性能测试时，可升起浴槽，减小测试时液体黏性的影响，以及消除上夹具在液体中升降所带来的浮力影响。

17、（3）解决小载荷材料测试难题，精度高：工业相机作为视频引伸计，完成样品的应变检测，小量程力传感器能够实现对微小力值的测量。

18、（4）图像与数据处理速率快，满足实时性需求：对工业相机图像进行实时处理，只保存相应的变形数据而非图像，满足疲劳测试的全过程监测要求。若有需要，才会对图像进行存储。

19、（5）自由调整光源角度，灵活性高：采用的光源与万向调节杆进行连接，可以调整不同方向的照射角度。

1.一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，其特征在于，包括力传感器（11）、延长杆（12）、上夹具（13）、凹字形梁（14）、下夹具（15）、浴槽（16）和电动升降台（17）；所述力传感器（11）连接于试验机运动端（10）和所述延长杆（12）之间，所述上夹具（13）安装于所述延长杆（12）的末端；所述电动升降台（17）固定于试验机工作平台的中心位置，所述浴槽（16）安装于所述电动升降台（17）的顶端，所述浴槽（16）在所述电动升降台（17）的驱动下升降，以实现液体环境与非液体环境的切换；所述凹字形梁（14）由两个弯曲悬臂梁构成，两个所述弯曲悬臂梁分别固定于所述浴槽（16）两侧的试验机工作平台上，两个所述弯曲悬臂梁之间形成供所述浴槽（16）升降避让的空隙，两个所述弯曲悬臂梁之间通过横梁连接，所述横梁延伸至所述浴槽（16）内部，所述下夹具（15）安装于所述横梁的顶端，试样（9）固定于所述上夹具（13）和所述下夹具（15）之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，其特征在于，所述弯曲悬臂梁由一个支柱和两个横梁组成，所述支柱与所述横梁之间通过螺栓固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，其特征在于，还包括工业相机（2），所述工业相机（2）设置在试样（9）的前方，所述工业相机（2）装配有远心镜头，用于对试样（9）变形进行非接触式精密测量。

4.根据权利要求3所述的一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，其特征在于，还包括数据采集卡（3）和上位机（4），所述数据采集卡（3）分别与所述力传感器（11）和所述电动升降台（17）连接，所述上位机（4）通过总线与所述工业相机（2）和所述数据采集卡（3）连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，其特征在于，还包括光源，所述光源与万向调节杆连接，所述光源能够切换为前照明模式或背照明模式；在所述前照明模式下，两个光源正对浴槽（16）前方的两个侧面进行照射；所述背照明模式下，一个光源正对浴槽（16）背面进行照射。

6.一种液体环境下材料力学性能测试的方法，应用于权利要求1-5中任一项所述的一种用于液体环境的材料力学性能辅助试验装置，其特征在于，包括：