一种可热加载的多模式预载荷下的疲劳力学测试装置的制作方法

1.本发明涉及一种材料力学测试装置，尤其是一种可实现不同温度复杂服役(预)载荷模式下的疲劳力学测试装置。


背景技术：

2.结构/功能材料在长期服役条件下，经常会遇到各种复杂工况下的载荷，同时随着时间的变化和受力大小及工作环境场所的变化而发生转变。其原因是由于许多结构/功能材料装置以及试验件长期处于此类工作环境，使得材料因受到载荷作用发生宏观失效，其显微结构在服役条件下产生的损伤和演化，传统的力学测试系统不能够对力学材料的损伤机理以及材料的一些关键性能进行研究，从而缺乏安全性和可靠性，因此，为提高材料服役力学测试的准确性、科学性以及可靠性，获取材料复杂服役力学条件下的疲劳失效机制和性能弱化规律，特开展本发明创新设计。


技术实现要素：

3.本发明涉及一种材料力学测试装置，尤其是一种可实现不同温度复杂服役(预)载荷模式下的疲劳力学测试装置。既能实现正交平面内的双轴拉伸、正交双轴压缩、正交平面内一轴压缩一轴拉伸，又能实现正交平面内的一轴为预拉伸/压缩、一轴为拉伸/压缩疲劳测试或双轴拉伸/压缩疲劳测试。揭示材料服役工况下的失效机制和性能弱化的规律，提高材料服役力学测试的科学性、精确性。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.本发明的特点在于:夹具舱体、力学试验平台、轴向位移丝杆、轴向位移丝杆固定套筒、套筒固定底座、轴向位移丝杆固定加载肋板、永磁式交流电动机、试验件、压力传感器、非接触式电容位移传感器、试验台架、台柱以及卤素灯、固定螺栓、夹板、保护罩等组成；
6.上述的夹具舱体通过两侧固定夹板用紧固螺钉固定在试验台上，所述的夹具舱体由两侧的夹板和紧固螺钉固定在试验台架上从而进行各个零部件和电机的装配以及承受载荷的变化，防止试验台在进行工作时，由于产生的振动，而引起的位移和松动；
7.上述的的轴向位移丝杆与永磁式交流电机相连安装在夹具舱体外侧的套筒紧固肋板上，所述的轴向位移丝杆在永磁式交流电机的驱动下可以进行往复伸缩以实现对试验件施加载荷的作用，所述的永磁式交流电动机与轴向位移丝杆固定加载肋板通过紧固螺钉相连接，在电机正反转的往复作用下，可以同时对试验件进行拉伸/压缩的载荷测试，对于平面双轴疲劳试验件，由于试验件尺寸相对较小，常规的加热方式无法满足需求，因此有必要研究有效的平面双轴疲劳试验件加热方法，支撑材料疲劳性能研究；
8.上述的压力传感器、位移传感器相对分别安装于轴向位移丝杆的测试端，以便于夹具施加载荷时，能够及时准确的掌握获取信息载荷的信息，所述的压力式传感器安装在轴向位移丝杆安装夹具的测试端，以便于测试装置在施加载荷时，压力传感器能及时获取到所施加载荷的大小，从而对不同工况的测试情况做出分析诊断，所述的位移传感器采用
的是非接触式电容位移传感器，则是将测试加载位移的情况和数据进行保存和传送至计算机内进行控制；
9.上述的卤素灯以及保护罩分别安装于试验台舱体工作面的两侧，所述的卤素灯通过紧固螺钉分别固定在试验台架上的夹具舱体的两侧对试验件进行聚焦加热，所述的保护罩安装在试验台架上的夹具舱体的两侧，不使用时可以拆卸，以防止试验件在进行加载工作时试验件发生疲劳裂纹或断裂，从而蹦出舱体伤害到人或物，造成不必要的损失，起到一定的安全保护作用；
10.上述的轴向位移丝杆固定套筒与轴向位移丝杆同轴相连，内部用轴向位移丝杆固定加载肋板固定轴向位移丝杆的位置，为了能够及时的捕捉力的大小以及测试位移的载荷量的变化情况分别在轴向位移丝杆的测试端安装压力传感器、非接触式电容位移传感器，所述两种传感器成对交叉相对安装。
11.上述的台柱以及台架主要对试验台分别起到一定的支撑和承受载荷以及安装分布零部件的作用。
12.与现有技术相比，本发明可实现变温环境下复杂预载荷模式下的疲劳力学测试，获取材料复杂服役力学条件下的疲劳失效机制和性能弱化规律，扩展了传统力学测试技术和方法。既能实现正交平面内的双轴拉伸、正交双轴压缩、正交平面内一轴压缩一轴拉伸，又能实现正交平面内的一轴为预拉伸/压缩、一轴为拉伸/压缩疲劳测试或双轴拉伸/压缩疲劳测试，能对复杂应力状态下材料的疲劳失效机制和性能弱化的规律进行研究，弥补了传统力学测试的系统和方法，为提高力学材料研究的科学性、精确性提供了可靠的测试工具。
附图说明
13.图1为本发明的结构示意图；
14.图2为图1中的永磁式交流电动机；
15.图3为图1中的轴向位移丝杆的套筒；
16.图4为图1中的卤素灯；
17.图5为图1中的轴向位移丝杆固定加载肋板；
18.图6为图1中的轴向位移丝杆；
19.图7为图1中的保护罩；
20.图8为图1中的压力传感器；
21.图9为图1中的非接触式电容位移传感器。
22.图示中：1为永磁式交流电动机，2为永磁式交流电动机的紧固螺钉，3为轴向位移丝杆的纵向固定加载肋板，4为套筒，5为轴向位移丝杆固定加载肋板的紧固螺钉，6为轴向位移丝杆固定加载肋板的夹板，7为夹具舱体，8为卤素灯，9为轴向位移丝杆的轴向固定加载肋板，10为轴向位移丝杆，11为卤素灯底座紧固螺钉，12为卤素灯底座，13为力学试验平台，14为支撑台柱，15为固定加载肋板，16为力学试验平台加载凸台，17为夹具舱体的夹板，18为卤素灯支架的调节螺栓，19为套筒固定底座，20为试验件，21为试验件销子，22为保护罩，23为压力传感器，24为非接触式电容位移传感器。
23.具体实施措施
24.下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
25.参见图1至图9所示，本发明涉及材料力学测试领域，尤其是一种可实现不同温度复杂服役(预)载荷模式下的疲劳力学测试装置。既能实现正交平面内的双轴拉伸、正交双轴压缩、正交平面内一轴压缩一轴拉伸，又能实现正交平面内的一轴为预拉伸/压缩、一轴为拉伸/压缩疲劳测试或双轴拉伸/压缩疲劳测试，能对复杂应力状态下材料的疲劳失效机制和性能弱化的规律进行研究，弥补了传统力学测试的系统和方法，为提高力学材料研究的科学性、精确性提供了可靠的测试工具。
26.本发明涉及一种可热加载的多模式预载荷下的疲劳力学测试装置，包括永磁式交流电动机1、永磁式交流电动机的紧固螺钉2、轴向位移丝杆的纵向固定加载肋板3、套筒4、轴向位移丝杆固定加载肋板的紧固螺钉5、轴向位移丝杆固定加载肋板的夹板6、夹具舱体7、卤素灯8、轴向位移丝杆的轴向固定加载肋板9、轴向位移丝杆10、卤素灯底座紧固螺钉11、卤素灯底座12、力学试验平台13、支撑台柱14、固定加载肋板15、力学试验平台加载凸台16、夹具舱体的夹板17、卤素灯支架的调节螺栓18、套筒固定底座19、试验件20、试验件销子21、保护罩22、压力传感器23、非接触式电容位移传感器24。
27.所述的永磁式交流电动机1与轴向位移丝杆的纵向固定加载肋板3用紧固螺钉5相连，其内部装有定位套筒4用于装配轴向位移丝杆10。
28.所述的轴向位移丝杆10构成一个正交的双轴夹持子系统，轴向位移丝杆10在永磁式交流电动机1的驱动作用下，通过电机的往复正反转工作可以同时对其试验件进行拉伸/压缩的载荷试验，对于平面双轴疲劳试验件，由于试验件的尺寸相对较小，常规的加热方式无法满足需求，因此有必要研究有效的平面双轴疲劳试验件加热方法，支撑材料疲劳性能研究。
29.所述的轴向位移丝杆的纵向固定加载肋板9分别与夹具舱体两侧上轴向位移丝杆的固定夹板17相连接，从而对轴向位移丝杆起到定位和加强工作时夹具舱体承受载荷的作用。
30.所述的卤素灯8通过卤素灯的底座用紧固螺钉11分别安装于试验台上夹具舱体7的两侧，其光照各自对射聚焦在试验件20上，这样可以测出试验件20在加热的情况下的各种应力应变情况，其聚焦热量的大小可以根据调节卤素灯支架的调节螺栓18来控制其光照到试验件的角度，从而与试验件在常温的状态下的应力应变情况作为一个准确可靠的对比，这样为优化力学材料的研究和提升结构的服役提供了更为可靠的测试依据。
31.所述的夹具舱体7通过夹具舱体两侧的夹板17固定在力学试验平台16上，其主要作用是用于安装该测试装置上各个部分的零部件及其工作系统，此外，夹具舱体7和力学试验平台16一样都具有承受施加工作载荷的能力。
32.所述的套筒固定底座19，分别用紧固螺钉安置于四个轴向位移丝杆的底部，以起到对轴向位移丝杆的定位和保护的作用，所述的试验件的销子21主要是用来锁定试验件20的，防止测试装置在进行施加工作载荷时发生偏移，产生误差和测试的不准确性。
33.所述的保护罩22主要安装于夹具舱体7的两侧面，主要作用是为了防止试验件在进行加载工作时，因试验件发生疲劳裂纹、断裂而蹦出夹具舱体，伤到人或物，造成不必要的损失，起到一定的安全保护作用，不使用时可以拆卸掉，可视情况安装。
34.所述的压力传感器23与非接触式电容位移传感器24对置安装，安装于轴向位移丝
杆10的夹具测试端，其作用分别是压力传感器23用于将测试的压力载荷大小通过压力传感器23传送给计算机进行控制和保存，而非接触式电容位移传感器24则是将测试加载位移的情况和数据进行保存和传送至计算机内进行控制，其电机对轴向位移丝杆输出力的大小由力传感器进行控制并传送给计算机等，从而根据计算机上的力学测试曲线得出试验结论，来判断出试验件的应力应变情况、塑性变形、弯曲疲劳变形、屈服应力以及试验件发生疲劳断裂时的最大应力点的情况。