超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，屬于材料力學(xué)測試領(lǐng)域。包括高速加載單元、信號(hào)檢測及控制單元、連接夾持單元，高速加載單元包括四個(gè)高速氣缸，通過高壓氣體共軌供給系統(tǒng)提供足夠高的加載速率，并可通過供氣壓力控制加載速率范圍102/s～104/s；信號(hào)檢測及控制單元針對(duì)高應(yīng)變速率采用多普勒光電位移測量儀測量和記錄，結(jié)合精密拉壓力傳感器采集載荷信號(hào)，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)供給氣體壓力控制加載速率，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制。連接夾持單元為測試平臺(tái)提供一個(gè)保護(hù)腔體，并可以通過直線導(dǎo)軌方便試件裝夾。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，應(yīng)變速率可控，且與部分電子顯微鏡設(shè)備兼容，因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)加載過程中試樣樣品的動(dòng)態(tài)變形損傷進(jìn)行原位監(jiān)測。
【專利說明】超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料力學(xué)測試領(lǐng)域，特別涉及一種超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)。其與部分商業(yè)化掃描電子顯微鏡有一定的結(jié)構(gòu)兼容性、真空兼容性及電磁兼容性?？蓪?duì)材料在高應(yīng)變速率載荷作用下的損傷和斷裂過程進(jìn)行測試和評(píng)價(jià)，為車輛設(shè)計(jì)提供所用材料的動(dòng)態(tài)物理力學(xué)性能數(shù)據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002]材料輕量化、高強(qiáng)度是當(dāng)前材料技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。在這一趨勢的推動(dòng)下，與輕量化、高強(qiáng)度材料應(yīng)用緊密相關(guān)的試驗(yàn)及評(píng)價(jià)技術(shù)，如高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)技術(shù)，材料、連接接頭動(dòng)態(tài)性能測試技術(shù)，材料的液壓成形、熱成形等工藝性能試驗(yàn)技術(shù)，都得到了迅速發(fā)展。材料試驗(yàn)是工業(yè)技術(shù)中最基礎(chǔ)的試驗(yàn)之一。試驗(yàn)所測取的材料各種物理性能、力學(xué)性能和工藝性能數(shù)據(jù)，不僅可用于材料評(píng)價(jià)和零部件選材，而且廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制、維修等各階段。為滿足工業(yè)發(fā)展對(duì)材料動(dòng)態(tài)性能數(shù)據(jù)的需求，材料動(dòng)態(tài)物理力學(xué)性能測試及評(píng)價(jià)技術(shù)，如高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)技術(shù)、高應(yīng)變速率沖擊試驗(yàn)技術(shù)、吸能試驗(yàn)技術(shù)等，已成為當(dāng)前新型材料試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
[0003]高速拉伸是相對(duì)于常規(guī)偽靜態(tài)拉伸試驗(yàn)而言的，是一種高應(yīng)變速率的拉伸試驗(yàn)，其應(yīng)變速率范圍通常在10_，103/s。由于高速拉伸試驗(yàn)測得的材料動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)，可以反映材料在沖擊載荷作用下的能量吸收特性，這在材料及其制品在沖擊載荷下仿真分析時(shí)非常有用，因此這項(xiàng)試驗(yàn)的重要性日益顯現(xiàn)。
[0004]目前，根據(jù)不同加載方式和作用原理，廣泛應(yīng)用的試驗(yàn)機(jī)可分為2種類型，即電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)和桿式試驗(yàn)系統(tǒng)。電液伺服式金屬板材高速拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及加載方式與普通電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)基本相同，為獲得足夠高的加載速率，液壓系統(tǒng)中的油泵和伺服閥通常都選取得很大，以致活塞桿的移動(dòng)速度可達(dá)30 m/s。桿式試驗(yàn)系統(tǒng)有2種:霍普金森雙桿式試驗(yàn)系統(tǒng)(Split Hopkinson Bar System)和單桿式試驗(yàn)系統(tǒng)(One Bar System)。除以上兩種，還有火藥爆炸沖擊式、飛輪儲(chǔ)能式等。但是，從速度、負(fù)荷、等速精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及經(jīng)濟(jì)性等幾個(gè)方面考慮，在上述幾種加荷方式中，普遍存在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，伺服控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高等問題。
[0005]因此，設(shè)計(jì)一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，測試精度高，有較大的試驗(yàn)速度變化范圍，能夠利用電子顯微鏡等成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測宏觀試件在載荷作用下的微觀變形和損傷過程的超高應(yīng)變率速率拉伸測試平臺(tái)已十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，一定程度上填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白。為實(shí)現(xiàn)精度高、應(yīng)變速率可控、體積小、結(jié)構(gòu)精巧、部分兼容電子顯微鏡等成像系統(tǒng)的可用于精密材料微觀力學(xué)性能超高應(yīng)變速率拉伸測試的裝置提供一種有效的方案。針對(duì)航空航天，軍事領(lǐng)域、汽車工業(yè)中沖撞變形中的高應(yīng)變率(io2/iTio3/s)，其變形形式有拉伸、壓縮、剪切等，其中動(dòng)態(tài)拉伸可以得到更為豐富的材料破壞信息。通過高應(yīng)變率拉伸測試可以對(duì)材料在高應(yīng)變速率下的微觀變形、損傷和斷裂過程進(jìn)行監(jiān)測，獲得材料動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)，反映材料在沖擊載荷作用下的能量吸收特性，這在零部件設(shè)計(jì)及碰撞仿真分析時(shí)提供重要的材料性能參數(shù)。
[0007]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，包括高速加載單元、信號(hào)檢測及控制單元、連接夾持單元，所述高速加載單元包括低摩擦高速氣缸I?IV 8、9、23、26、加載機(jī)構(gòu)基板1、II 5、11、導(dǎo)向光杠1、11 3、29、高壓氣體共軌供給系統(tǒng)，其中高壓氣體共軌供給系統(tǒng)將高壓氣泵產(chǎn)生的高壓氣體以相同的壓力輸送給四個(gè)相同型號(hào)的低摩擦高速氣缸I?IV 8、9、23、26,使四個(gè)氣缸的輸出桿產(chǎn)生相同的推力，推動(dòng)加載機(jī)構(gòu)基板II 11在導(dǎo)向光杠1、11 3、29上做高速的運(yùn)動(dòng)，從而使被測試件21產(chǎn)生高應(yīng)變速率；
所述信號(hào)檢測及控制單元包括高精度拉壓力傳感器31、多普勒光電位移測量儀、高壓氣體控制系統(tǒng)，可為測試平臺(tái)提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，即高速加載單元可實(shí)現(xiàn)變加載速率的加載方式；由于被測試件21尺寸很小，用高精度拉壓力傳感器31可以滿足測試的精度要求。
[0008]所述連接夾持單元包括被測試件21、夾具體1、II 12、32、氣缸調(diào)整座I?IV 7、10、24、25、加強(qiáng)肋板I?IV 4、14、19、28、以及螺釘，通過調(diào)整氣缸調(diào)整座I?IV 7、10、24、25以補(bǔ)償高速氣缸桿與加載機(jī)構(gòu)基板II 11的間隙；被測試件21通過夾具體的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾持。
[0009]所述的低摩擦高速氣缸1、I1、II1、IV 8、9、23、26分別通過氣缸調(diào)整座1、11、111、IV 7、10、24、25和氣缸固定架1、II >1116、22、27連接在加載機(jī)構(gòu)基板I 5和平臺(tái)基座I上；導(dǎo)向光杠1、11 3、29平行安裝在平臺(tái)基座I上，作為重要的導(dǎo)向元件，兩側(cè)分別通過導(dǎo)向光杠固定軸套1、I1、II1、IV 2、15、17、30定位安裝；由外接高壓氣泵產(chǎn)生的高壓氣體，通過高壓氣體共軌供給系統(tǒng)后，被以相同的壓力輸送給四個(gè)相同型號(hào)的低摩擦高速氣缸1、I1、II1、IV8、9、23、26 ;在相同壓力和流量的氣體作用下，四個(gè)氣缸的氣缸桿IV、I 34、37等同步動(dòng)作，即產(chǎn)生相同的推力和速度，沖擊在加載機(jī)構(gòu)基板II 11的沖擊墊1、II1、IV38、35、34等上，推動(dòng)加載機(jī)構(gòu)基板II 11在導(dǎo)向光杠1、II 3、29上做聞速的運(yùn)動(dòng)；安裝在加載機(jī)構(gòu)基板II 11上的導(dǎo)向光杠滑動(dòng)軸套1、11 13、20保證了加載機(jī)構(gòu)基板II 11的快速運(yùn)動(dòng)，使被測試件21在基板的相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生高應(yīng)變速率。
[0010]所述的高精度拉壓力傳感器31安裝在加載機(jī)構(gòu)基板I 5和夾具體II 32之間，試件的高速變形普通位移測量設(shè)備難以測量，多普勒光電位移測量儀可以實(shí)現(xiàn)高速非接觸式高精度測量，滿足測試平臺(tái)的測量要求，同時(shí)簡化了測試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)；高精度拉壓力傳感器31和多普勒光電位移測量儀可為測試平臺(tái)提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，通過控制氣體的壓力和流量調(diào)節(jié)氣缸的推力和速度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測試件加載不同加載速率。
[0011]所述的被測試件21的兩端通過夾具體1、11 12、32夾持，并由夾具體的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾緊；夾具體1、II 12,32分別通過螺釘連接在加載機(jī)構(gòu)基板1、II 5、11上，將氣缸的高速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過較少的環(huán)節(jié)傳遞給被測試件21。
[0012]所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)的主體尺寸約為336mmX 196mmX 196mm未裝保護(hù)罩,與目前廣泛應(yīng)用的電液伺服式、霍普金森雙桿式試驗(yàn)系統(tǒng)以及單桿式試驗(yàn)系統(tǒng)相比，具有體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，測量精度高的特點(diǎn)，與部分商業(yè)化掃描電子顯微鏡有一定的結(jié)構(gòu)兼容性、真空兼容性及電磁兼容性，實(shí)現(xiàn)材料測試的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0013]所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)外部可以根據(jù)需要設(shè)置保護(hù)罩39，以保證在超高速試驗(yàn)過程中的安全。滑動(dòng)導(dǎo)軌1、11 16、18平行安裝在平臺(tái)基板I下方，并同時(shí)安裝在保護(hù)罩39上，使測試裝置可以方便的抽出以進(jìn)行試件裝夾和維護(hù)等。
[0014]所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)采用空氣作為能量傳遞介質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)有效的降低了設(shè)備的使用和維護(hù)成本。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，測試精度高，應(yīng)變速率可控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料在超高應(yīng)變速率下動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測試分析。測試平臺(tái)在對(duì)被測試件樣品進(jìn)行機(jī)械加載的同時(shí)，可對(duì)載荷信號(hào)和位移信號(hào)進(jìn)行精密檢測?？梢詫?duì)各種材料的特征尺寸毫米級(jí)以上宏觀試件進(jìn)行超高應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)，對(duì)材料及其制品在沖擊載荷下的微觀變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測，以揭示材料在微納米尺度下的力學(xué)行為和損傷機(jī)制。并通過載荷/位移信號(hào)的同步監(jiān)測，結(jié)合相關(guān)算法，亦可自動(dòng)擬合生成載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。綜上所述，本發(fā)明對(duì)汽車材料力學(xué)性能測試技術(shù)及裝備具有重要的理論意義和良好的應(yīng)用開發(fā)前景。通過本發(fā)明可對(duì)材料在高應(yīng)變速率載荷作用下的損傷和斷裂過程進(jìn)行測試和評(píng)價(jià)，為材料及其制品的設(shè)計(jì)制造提供力學(xué)性能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0017]圖1為本發(fā)明的整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的主視示意圖；
圖3為本發(fā)明的俯視不意圖；
圖4為本發(fā)明的左視不意圖；
圖5為本發(fā)明的裝配保護(hù)罩的整體外觀結(jié)構(gòu)圖；
圖6為本發(fā)明的裝配保護(hù)罩的效果圖。
[0018]圖中:1.平臺(tái)基座,2.導(dǎo)向光杠固定軸套I ,3.導(dǎo)向光杠I ,4.加強(qiáng)肋板I ,5.力口載機(jī)構(gòu)基板I，6.氣缸固定架I，7.氣缸調(diào)整座I，8.低摩擦高速氣缸I，9.低摩擦高速氣缸II，10.氣缸調(diào)整座II，11.加載機(jī)構(gòu)基板II，12.夾具體I，13.導(dǎo)向光桿滑動(dòng)軸套I，14.加強(qiáng)肋板II，15.導(dǎo)向光杠固定軸套II，16.滑動(dòng)導(dǎo)軌I，17.導(dǎo)向光杠固定軸套III，18.滑動(dòng)導(dǎo)軌II，19.加強(qiáng)肋板III，20.導(dǎo)向光杠滑動(dòng)軸套II，21.被測試件，22.氣缸固定架II，23.低摩擦高速氣缸III，24.氣缸調(diào)整座III，25.氣缸調(diào)整座IV，26.低摩擦高速氣缸IV，27.氣缸固定架III，28.加強(qiáng)肋板IV，29.導(dǎo)向光杠II，30.導(dǎo)向光杠固定軸套IV，31.高精度拉壓力傳感器，32.夾具體II，33.氣缸桿IV，34.沖擊墊IV，35.沖擊墊III，36.氣缸桿ΙΙΙ，37.氣缸桿I，38.沖擊墊I，39.保護(hù)罩。
【具體實(shí)施方式】[0019]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其【具體實(shí)施方式】。
[0020]參見圖1至圖6所示，本發(fā)明的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，包括高速加載單元、信號(hào)檢測及控制單元、連接夾持單元，所述高速加載單元包括低摩擦高速氣缸I?IV8、9、23、26、加載機(jī)構(gòu)基板1、11 5、11、導(dǎo)向光杠1、11 3、29、高壓氣體共軌供給系統(tǒng)，其中高壓氣體共軌供給系統(tǒng)將高壓氣泵產(chǎn)生的高壓氣體以相同的壓力輸送給四個(gè)相同型號(hào)的低摩擦高速氣缸I?IV 8、9、23、26，使四個(gè)氣缸的輸出桿同步動(dòng)作，即具有相同的推力和速度，在氣缸桿和加載機(jī)構(gòu)基板II 11之間裝有沖擊墊，保證氣缸桿和基板之間有一定的間距，使氣缸桿在獲得足夠速度后才與基板相撞，保證加載機(jī)構(gòu)基板II 11在導(dǎo)向光杠1、II 3、29上做高速的運(yùn)動(dòng)，從而使被測試件21產(chǎn)生高應(yīng)變速率。
[0021]所述信號(hào)檢測及控制單元包括高精度拉壓力傳感器31、多普勒光電位移測量儀、高壓氣體控制系統(tǒng)，可為測試平臺(tái)提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，即高速加載單元可實(shí)現(xiàn)變加載速率的加載方式；由于被測試件21尺寸很小，用高精度拉壓力傳感器31可以滿足測試的精度要求。
[0022]所述連接夾持單元包括被測試件21、夾具體1、II 12、32、氣缸調(diào)整座I?IV7、10、
24、25、加強(qiáng)肋板I?IV 4、14、19、28、以及螺釘，通過調(diào)整氣缸調(diào)整座I?IV 7、10、24、25以補(bǔ)償高速氣缸桿與加載機(jī)構(gòu)基板II 11的間隙；被測試件21通過夾具體的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾持。
[0023]所述的低摩擦高速氣缸1、I1、II1、IV 8、9、23、26分別通過氣缸調(diào)整座1、11、111、IV 7、10、24、25和氣缸固定架1、I1、1116、22、27連接在加載機(jī)構(gòu)基板I 5和平臺(tái)基座I上；導(dǎo)向光杠1、11 3、29平行安裝在平臺(tái)基座I上，作為重要的導(dǎo)向元件，兩側(cè)分別通過導(dǎo)向光杠固定軸套1、I1、II1、IV 2、15、17、30定位安裝；由外接高壓氣泵產(chǎn)生的高壓氣體，通過高壓氣體共軌供給系統(tǒng)后，被以相同的壓力輸送給四個(gè)相同型號(hào)的低摩擦高速氣缸1、I1、II1、IV8、9、23、26 ;在相同壓力和流量的氣體作用下，四個(gè)氣缸的氣缸桿IV、I 34、37等同步動(dòng)作，即產(chǎn)生相同的推力和速度，沖擊在加載機(jī)構(gòu)基板II 11的沖擊墊1、II1、IV38、35、34等上，推動(dòng)加載機(jī)構(gòu)基板II 11在導(dǎo)向光杠1、II 3、29上做聞速的運(yùn)動(dòng)；安裝在加載機(jī)構(gòu)基板II 11上的導(dǎo)向光杠滑動(dòng)軸套1、11 13、20保證了加載機(jī)構(gòu)基板II 11的快速運(yùn)動(dòng)，使被測試件21在基板的相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生高應(yīng)變速率。
[0024]所述的高精度拉壓力傳感器31安裝在加載機(jī)構(gòu)基板I 5和夾具體II 32之間，試件的高速變形普通位移測量設(shè)備難以測量，多普勒光電位移測量儀可以實(shí)現(xiàn)高速非接觸式高精度測量，滿足測試平臺(tái)的測量要求，同時(shí)簡化了測試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)；高精度拉壓力傳感器31和多普勒光電位移測量儀可為測試平臺(tái)提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，通過控制氣體的壓力和流量調(diào)節(jié)氣缸的推力和速度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測試件加載不同加載速率。
[0025]所述的被測試件21的兩端通過夾具體1、11 12、32夾持，并由夾具體的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾緊；夾具體1、II 12,32分別通過螺釘連接在加載機(jī)構(gòu)基板1、II 5、11上，將氣缸的高速運(yùn)動(dòng)經(jīng)過較少的環(huán)節(jié)傳遞給被測試件21。
[0026]所述的信號(hào)檢測及控制單元由于被測試件21尺寸很小，測試過程中應(yīng)力峰值不高，用高精度拉壓力傳感器31可以滿足測試的量程及精度要求。對(duì)于試件的高速變形，普通位移測量設(shè)備難以測量，多普勒光電位移測量儀可以實(shí)現(xiàn)高速非接觸式高精度測量，滿足測試平臺(tái)的測量要求，同時(shí)簡化了測試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。
[0027]所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)的主體尺寸約為336mmX 196mmX 196mm未裝保護(hù)罩,與目前廣泛應(yīng)用的電液伺服式、霍普金森雙桿式試驗(yàn)系統(tǒng)以及單桿式試驗(yàn)系統(tǒng)相比，具有體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，測量精度高的特點(diǎn)，與部分商業(yè)化掃描電子顯微鏡有一定的結(jié)構(gòu)兼容性、真空兼容性及電磁兼容性，實(shí)現(xiàn)材料測試的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0028]所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)外部可以根據(jù)需要設(shè)置保護(hù)罩39，以保證在超高速試驗(yàn)過程中的安全?；瑒?dòng)導(dǎo)軌1、11 16、18平行安裝在平臺(tái)基板I下方，并同時(shí)安裝在保護(hù)罩39上，使測試裝置可以方便的抽出以進(jìn)行試件裝夾和維護(hù)等。
[0029]所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)采用空氣作為能量傳遞介質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)有效的降低了設(shè)備的使用和維護(hù)成本。
[0030]參見圖1至圖6所示，本發(fā)明的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其結(jié)構(gòu)主要由高速加載單元、信號(hào)檢測及控制單元、連接夾持單元組成。測試平臺(tái)主體尺寸約為336mmX 196mmX 196mm (未裝保護(hù)罩)，測試平臺(tái)可以在102/s~104/s應(yīng)變率范圍內(nèi)對(duì)材料進(jìn)行高應(yīng)變速率測試，并可以通過安裝在平臺(tái)下的滑動(dòng)導(dǎo)軌1、11 16、18輕松將平臺(tái)推入保護(hù)罩39。
[0031]信號(hào)檢測及控制單元由高精度拉壓力傳感器31和多普勒光電位移測量儀為測試裝置提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)源，通過控制氣體的壓力和流量調(diào)節(jié)氣缸的推力和速度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測試件加載不同加載速率。
[0032]高壓氣體控制系統(tǒng)等組成。由于被測試件21尺寸很小，用高精度拉壓力傳感器31可以滿足測試的精度要求。試件的高速變形普通位移測量設(shè)備難以測量，多普勒光電位移測量儀可以實(shí)現(xiàn)高速非接觸式高精度測量，滿足測試平臺(tái)的測量要求，同時(shí)簡化了測試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。
[0033]本發(fā)明在具體的測試過程中，被測試件21采用線切割方式加工，并利用小型外圓拋光機(jī)對(duì)試件進(jìn)行拋光處理，得到可用于高分辨率顯微成像監(jiān)測的較好表面光潔度，或者通過化學(xué)腐蝕等工藝得到金相等顯微形貌。然后將被測試件21裝夾在壓塊式夾頭的上下壓塊之間，之后擰緊壓板緊固螺釘，完成試件裝夾。然后，根據(jù)所需應(yīng)變速率設(shè)定輸入氣體壓力，即通過測試算法程序設(shè)定測試條件和參數(shù)。在高壓氣體共軌供給系統(tǒng)的控制下，氣缸桿1、II1、IV 37、36、33和低摩擦高速氣缸II 9的氣缸桿獲得相同的推力和速度，通過沖擊墊
1、111、1￥38、35、34將應(yīng)力波傳遞給加載機(jī)構(gòu)基板11 11。測試過程中，高精度拉壓力傳感器31對(duì)被測試件21進(jìn)行拉力F進(jìn)行檢測，多普勒光電位移測量儀對(duì)直線變形量h進(jìn)行檢測。兩路信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換并進(jìn)行必要的信號(hào)調(diào)理后送入計(jì)算機(jī)。在測試過程中，被測試件21在沖擊載荷作用下的材料變形損傷情況可由高速電子顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。最終，結(jié)合軟件獲取在高速拉伸試驗(yàn)下材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)，反映材料在沖擊載荷作用下的能量吸收特性，為汽車設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制、維修等各階段提供有力支持。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對(duì)本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:包括高速加載單元、信號(hào)檢測及控制單元、連接夾持單元，所述高速加載單元包括低摩擦高速氣缸I~IV(8、9、23、26)、加載機(jī)構(gòu)基板1、II (5、11)、導(dǎo)向光杠1、II (3、29)、高壓氣體共軌供給系統(tǒng)，其中高壓氣體共軌供給系統(tǒng)將高壓氣泵產(chǎn)生的高壓氣體以相同的壓力輸送低摩擦高速氣缸I~IV (8、9、23、26),使四個(gè)氣缸的輸出桿產(chǎn)生相同的推力,推動(dòng)加載機(jī)構(gòu)基板II (11)在導(dǎo)向光杠1、II (3,29)上做高速的運(yùn)動(dòng)，從而使被測試件(21)產(chǎn)生高應(yīng)變速率； 所述信號(hào)檢測及控制單元包括高精度拉壓力傳感器(31)、多普勒光電位移測量儀、高壓氣體控制系統(tǒng)，可提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，即高速加載單元可實(shí)現(xiàn)變加載速率的加載方式； 所述連接夾持單元包括被測試件(21)、夾具體1、11 (12、32)、氣缸調(diào)整座I~IV(7、10、24、25)、加強(qiáng)肋板I~IV (4、14、19、28)、以及螺釘，通過調(diào)整氣缸調(diào)整座I~IV (7、10、24,25)以補(bǔ)償高速氣缸桿與加載機(jī)構(gòu)基板II (11)的間隙；被測試件(21)通過夾具體的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:所述的低摩擦高速氣缸1、I1、II1、IV(8、9、23、26)分別通過氣缸調(diào)整座1、I1、II1、IV(7、10、24、25)和氣缸固定架1、I 1、III(6、22、27)連接在加載機(jī)構(gòu)基板I (5)和平臺(tái)基座(1)上；導(dǎo)向光杠1、II (3、29)平行安裝在平臺(tái)基座(1)上，作為重要的導(dǎo)向元件，兩側(cè)分別通過導(dǎo)向光杠固定軸套1、I1、II1、IV(2、15、17、30)定位安裝；由外接高壓氣泵產(chǎn)生的高壓氣體，通過高壓氣體共軌供給系統(tǒng)后，被以相同的壓力輸送給四個(gè)相同型號(hào)的低摩擦高速氣缸1、I1、II1、IV(8、9、23、26);在相同壓力和流量的氣體作用下，四個(gè)氣缸的氣缸桿同步動(dòng)作，即產(chǎn)生相同的推力和速度，沖擊在加載機(jī)構(gòu)基板II (11)的沖擊墊，推動(dòng)加載機(jī)構(gòu)基板II (11)在導(dǎo)向光杠1、II (3、29)上做高速的運(yùn)動(dòng)；安裝在加載機(jī)構(gòu)基板II (11)上的導(dǎo)向光杠滑動(dòng)軸套1、11(13,20)保證了加載機(jī)構(gòu)基板II (11)的快速運(yùn)動(dòng)，使被測試件(21)在基板的相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生高應(yīng)變速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:所述的高精度拉壓力傳感器(31)安裝在加載機(jī)構(gòu)基板I (5)和夾具體II (32)之間，高精度拉壓力傳感器(31)和多普勒光電位移測量儀可提供位移加載速率的模擬或數(shù)字量信號(hào)，作為高壓氣體控制系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，通過控制氣體的壓力和流量調(diào)節(jié)氣缸的推力和速度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測試件加載不同加載速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:所述的被測試件(21)的兩端通過夾具體1、11(12、32)夾持，并由夾具體的上下壓板以及螺釘以壓緊方式定位夾緊；夾具體1、II (12、32)分別通過螺釘連接在加載機(jī)構(gòu)基板1、II (5,11)上，將氣缸的高速運(yùn)動(dòng)傳遞給被測試件(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意項(xiàng)所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)的主體尺寸為336_X 196_X 196_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意項(xiàng)所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)外部設(shè)置保護(hù)罩(39)，滑動(dòng)導(dǎo)軌1、II(16、18)平行安裝在平臺(tái)基板(I)下方，并同時(shí)安裝在保護(hù)罩(39)上，使測試裝置可以方便的抽出以進(jìn)行試件裝夾和維護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意項(xiàng)所述的超高應(yīng)變速率精密拉伸原位測試平臺(tái)，其特征在于:所述的超高應(yīng)變速率精密 拉伸原位測試平臺(tái)采用空氣作為能量傳遞介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】G01N3/307GK103528900SQ201310513162
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】趙宏偉, 劉宏達(dá), 張霖, 楊倚寒, 邵明坤, 高景, 時(shí)月, 魯帥, 佟達(dá) 申請人:吉林大學(xué)