觀測(cè)點(diǎn)跟隨觀測(cè)的目的。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于：該測(cè)試系統(tǒng)原理可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能夠?qū)Ω邷丨h(huán)境 下的材料及其制品在拉伸-疲勞加載模式作用下的微觀力學(xué)性能及變性損傷機(jī)制做出精 確檢測(cè)。該測(cè)試系統(tǒng)可以借助于部分光學(xué)顯微鏡，對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，實(shí)現(xiàn)原位觀 測(cè)。綜上所述，本發(fā)明不但具有良好的科研應(yīng)用價(jià)值，而且對(duì)原位測(cè)試技術(shù)及裝置的發(fā)展、 材料微觀力學(xué)性能研宄的進(jìn)步有著重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)例及其說(shuō)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。
[0019] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的控制原理框圖； 圖3為本發(fā)明的拉伸加載與檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的疲勞加載與檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)原理圖； 圖7為測(cè)試前試件與顯微鏡的相對(duì)位置的原位觀測(cè)原理圖； 圖8為測(cè)試后試件與顯微鏡的相對(duì)位置的原位觀測(cè)原理圖。
[0020] 圖中：1、支架；2、夾具體I ;3、螺母座；4、位移傳感器I ;5、蝸輪I ;6、軸承座I ; 7、蝸桿I ;8、軸承座II ;9、蝸輪II ;10、蝸桿II ;11、電機(jī)座；12、伺服電機(jī)；13、拉力傳感器； 14、基座；15、支撐塊II ;16、高溫爐；17、底板II ;18、柔性鉸鏈；19、壓電陶瓷；20、位移傳感 器II ;21、光學(xué)顯微鏡；22、頂板I ;23、滑塊I a;24、滑塊I b;25、導(dǎo)軌I a;26、支撐塊I ; 27、螺母；28、絲杠；29、底板I ;30、軸承I ;31、軸；32軸承II ;33、導(dǎo)軌I b ;34、滑塊I c ; 35、滑塊I d;36、壓塊I ;37、滑塊IIa;38、導(dǎo)軌IIa;39、頂板II ;40、壓板II ;41、夾具體II ; 42、絲杠座；43、擋塊III ;44、導(dǎo)軌II b ;45、滑塊II b ;46、視窗；47、擋塊I ;48、擋塊II。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其【具體實(shí)施方式】。
[0022] 參見(jiàn)圖1至圖8所示，本發(fā)明的高溫原位拉伸-疲勞測(cè)試系統(tǒng)，包括拉伸加載與檢 測(cè)單元、疲勞加載與檢測(cè)單元、原位觀測(cè)單元、高溫加載與檢測(cè)單元等，裝置水平布置，其中 拉伸加載與檢測(cè)單元、疲勞加載與檢測(cè)單元分別安裝在高溫爐的兩側(cè)，且拉伸加載與疲勞 加載的方向在同一個(gè)軸線(xiàn)上。該測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了在500°C至1700°C可調(diào)節(jié)溫度的熱場(chǎng)下， 對(duì)材料進(jìn)行單軸拉伸-疲勞力學(xué)性能測(cè)試，且基于光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)載荷作用下材料發(fā) 生的微觀變形損傷的全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
[0023] 參見(jiàn)圖3所示，本發(fā)明所述的拉伸加載與檢測(cè)單元由伺服電機(jī)12提供動(dòng)力，通過(guò) 蝸輪II 9蝸桿、II 10、蝸輪I 5、蝸桿I 7、絲杠28、螺母27對(duì)試件施加拉伸載荷；所述的伺 服電機(jī)12通過(guò)電機(jī)座11安裝到基座14上，蝸桿I 7安裝到電機(jī)的輸出軸上；所述的蝸輪 II 9、蝸桿I 7安裝在軸31上，軸通過(guò)軸承I 30、軸承座I 6和軸承II 32、軸承座II 8安裝 到基座14上；所述的蝸輪I 5安裝到絲杠28上，絲杠28通過(guò)絲杠座42安裝在底板29上； 所述的螺母27安裝在螺母座3上，螺母座3通過(guò)滑塊I b24、滑塊I c34分別安裝到導(dǎo)軌 I a25和導(dǎo)軌I b33上，導(dǎo)軌I a25和導(dǎo)軌I b33安裝到底板29上；拉力傳感器13兩端分 別與螺母座3和夾具體I 2相連，夾具體I 2通過(guò)滑塊I a23、滑塊d I 35分別安裝到導(dǎo)軌 I a25和導(dǎo)軌I b33上；位移傳感器I 4采用分離式LVDT，傳感器的主體部分安裝在底板 I 29上，傳感器的鐵心通過(guò)螺紋安裝在頂板I 22上，頂板I 22安裝在夾具體I 2上，所述 的底板29通過(guò)支撐塊I 26固定在基座14上。
[0024] 參見(jiàn)圖4所示，本發(fā)明所述的疲勞加載與檢測(cè)單元包括柔性鉸鏈18壓電陶瓷19、 夾具體II 41以及位移傳感器II 20等；所述的壓電陶瓷19安裝在柔性鉸鏈18內(nèi)，柔性鉸鏈 18固定端通過(guò)螺釘固定在底板II 17上，柔性鉸鏈18的活動(dòng)端與夾具體II 41相連，夾具體 II 41通過(guò)滑塊II a37、滑塊II b45分別安裝在導(dǎo)軌II a38和導(dǎo)軌II b44上，導(dǎo)軌II a38和 導(dǎo)軌II b44安裝在底板II 17上；所述的位移傳感器II 20用來(lái)測(cè)量疲勞測(cè)試時(shí)夾具體II 41 的位移量，位移傳感器II 20的固定端安裝在底板II 17上，的活動(dòng)端與頂板II 39相連，頂板 Π 39安裝在夾具體II 41上；所述的底板II 17通過(guò)支撐塊II 15固定在基座14上。
[0025] 所述的原位觀測(cè)單元包括光學(xué)顯微鏡21及支架1 ;所述的光學(xué)顯微鏡21的工作 距離足夠大，可以從高溫爐上方的視窗46覆蓋試件的待觀測(cè)表面，光學(xué)顯微鏡21的位置可 以通過(guò)支架1調(diào)整。
[0026] 所述的高溫加載與檢測(cè)單元由高溫爐16及其控制系統(tǒng)組成；所述的高溫爐16的 加熱元件是硅鉬棒，通過(guò)對(duì)硅鉬棒供電使其發(fā)熱，高溫的硅鉬棒通過(guò)輻射使?fàn)t腔內(nèi)的溫度 迅速升高，高溫爐內(nèi)腔的溫度可高達(dá)1700°C，高溫爐由內(nèi)至外分別包括保溫層和水冷層，通 過(guò)水冷高溫爐外表面的溫度可維持在室溫，高溫爐內(nèi)腔中安裝了熱電偶，用來(lái)監(jiān)測(cè)高溫爐 內(nèi)腔的實(shí)際溫度；所述的高溫爐16配有相應(yīng)的控制柜，用來(lái)控制高溫爐內(nèi)腔的溫度。
[0027] 所述的夾具體I 2和夾具體II 41通過(guò)螺釘分別與壓板I 36和壓板II 40連接，并 通過(guò)旋緊螺釘對(duì)試件進(jìn)行夾緊；所述的夾具體I 2和夾具體II 41上都加工有凹槽，用來(lái)對(duì) 試件進(jìn)行定位；所述的夾具體I 2、壓板I 36和夾具體II 41、壓板II 40上都加工有滾花，以 保證夾持的可靠性。
[0028] 所述的高溫爐16通過(guò)四周的擋塊，如擋塊I 47、擋塊II 48、擋塊III 43進(jìn)行定位和 調(diào)整。
[0029] 本發(fā)明的高溫原位拉伸-疲勞測(cè)試方法，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)在500°C至1700°C可 調(diào)節(jié)溫度的熱場(chǎng)下，對(duì)材料進(jìn)行單軸拉伸-疲勞力學(xué)性能測(cè)試，且基于光學(xué)顯微鏡實(shí)現(xiàn)了 對(duì)載荷作用下材料發(fā)生的微觀變形損傷的全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，具體步驟如下： a. 進(jìn)行測(cè)試前，需要將拉伸加載與檢測(cè)單元復(fù)位，調(diào)整至合適位置以便試件的安裝和 夾緊； b. 微調(diào)原位觀測(cè)單元，使試件的觀測(cè)表面在顯示器界面內(nèi)的成像最清晰； c. 將拉力傳感器、位移傳感器的示數(shù)清零，準(zhǔn)備試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行跟隨觀測(cè)，并 準(zhǔn)備進(jìn)行材料力學(xué)性能測(cè)試； d. 以上調(diào)整完成后，對(duì)高溫爐通電，使?fàn)t內(nèi)溫度達(dá)到理想值并保持穩(wěn)定； e. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，包括拉伸載荷、疲勞載荷的施加及相應(yīng)載荷值、變形量的測(cè)量等； f. 通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)、CCD圖像傳感器采集圖像信息，并通過(guò)相應(yīng)的接口電路，將圖像信息 傳入計(jì)算機(jī)； g. 通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)相應(yīng)的處理軟件對(duì)圖像信息進(jìn)行處理，計(jì)算出由于載荷的施加使試件 變形引起的試件觀測(cè)點(diǎn)空間位置的變化； h. 根據(jù)軟件處理結(jié)果，由計(jì)算機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊輸入相應(yīng)指令，使原位觀測(cè)單元跟隨觀測(cè) 點(diǎn)位置的變化進(jìn)行調(diào)整； i. 通過(guò)以上調(diào)整完成閉環(huán)控制，使通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)、CCD圖像傳感器能夠采集到完整、清 晰的圖像信息，從而達(dá)到對(duì)觀測(cè)點(diǎn)跟隨觀測(cè)的目的。
[0030] 參見(jiàn)圖1至圖5,發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)安裝前，需要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)中使用的拉力傳感器 13、位移傳感器I 4、位移傳感器II 20進(jìn)行標(biāo)定與校正，再對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行安裝、調(diào)試。安裝 試件前，需要調(diào)整夾具體I 2的位置，以便將試件穿過(guò)高溫爐；加熱之前，需要將高溫爐16 兩側(cè)的圓孔用隔熱的孔塞堵住，但是要保證孔塞不與試件接觸，以免產(chǎn)生額外的摩擦力。
[0031] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰x擇合適的測(cè)量方法，即單軸拉伸測(cè)試或拉伸-疲勞復(fù)合載 荷測(cè)試，其中涉及的疲勞測(cè)試主要指低周疲勞測(cè)試，并在試件被拉伸的基礎(chǔ)上進(jìn)行，即試件 預(yù)有一定變形或一定載荷條件下進(jìn)行中低頻拉伸測(cè)試。因此以所發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)所進(jìn)行的 測(cè)試研宄主要分析的是材料彈性模量E、屈服強(qiáng)度〇s、強(qiáng)度極限〇b、斷后延伸率A、斷面收 縮率Z等力學(xué)性能參數(shù)。其中，
[0032] 彈性模量
[0033] 屈服強(qiáng)度
強(qiáng)度極限
斷后延伸率 斷面收縮率 其中，σ :材料的應(yīng)力，ε :材料的應(yīng)變，下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的材料載荷，F(xiàn)b:材料的最大 載荷，Stl:材料原始截面積，Su:材料斷后截面積，L ^:材料原始標(biāo)距，Lu:材料斷后標(biāo)距。 材料的力學(xué)性能主要體現(xiàn)在材料在載荷作用下的變形和破壞性能等。材料的彈性模 量、斷裂極限、疲勞強(qiáng)度等參數(shù)是材料力學(xué)性能測(cè)試中最主要的測(cè)試對(duì)