專利名稱：薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于材料力學(xué)測試設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種對能不同環(huán)境下薄膜材料在雙軸應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂失效進行測試的薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺。
背景技術(shù)：
薄膜材料是一種興起于上世紀六七十年代的新型材料，其種類功能多樣，一些薄膜材料隔熱，密封，防輻射，抗氧化等特性更是其他材料無法替代的。目前，薄膜材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航天器熱控，建筑，紡織工業(yè)，微電子、光電子行業(yè)，太陽能利用，食品包裝與保鮮，汽車工業(yè)等等很多領(lǐng)域中，正發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著應(yīng)用的日漸廣泛，對薄膜材料的開發(fā)研究已經(jīng)打破學(xué)科的界限，成為國內(nèi)外研究的重點，其力學(xué)性能的研究則是薄膜結(jié)構(gòu)開發(fā)研究的前提和基礎(chǔ)。
Y LETERRIER等人(JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, 2001， Vol.36:2213-2225)設(shè)計的薄膜試驗機精度很高，容易觀察記錄薄膜涂層的破碎模式，但相應(yīng)其成本很高，只能專門對某些較薄試件進行實驗，且拉伸狀態(tài)比較單一，只能完成等軸拉伸。
專利號為200620158423.7的靜電梳原理的薄膜拉伸機對中性不能進行調(diào)節(jié)，對于稍微有大變形的材料就是不可用的，因為產(chǎn)生的就不是正交的雙向應(yīng)力。另外產(chǎn)生的拉力也不會很大。
專利號為87205653的機械式雙軸拉伸試驗儀，是搭建在萬能試驗機上使用的，不能夠獨立地加載，受到一定的限制，并且它只能完成固定1: 1的雙軸比例的拉伸，且不可調(diào)。
專利號為03127674.1的設(shè)計是可編程控制的，其成本相對較高，并且只能限制于薄膜進行拉伸，對于厚一些的材料測試則不適用。
專利號為200520067081.3的設(shè)計結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且也存在對中性的問題，對試件尺寸要求過大，不易于研究微觀小尺度的情況。
以上提到的設(shè)備均不能放在環(huán)境箱當中進行高低溫情況下的測試。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)在對薄膜進行雙軸拉伸測試時的不足，提供了一種微觀薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，其特征在于，兩根不在同一平面上垂直的上絲杠31和下絲杠32分別固定在箱體9的上下側(cè)壁和左右側(cè)壁上，上絲杠31的兩側(cè)各安置一根與之平行的上導(dǎo)軌41，下絲杠32的兩側(cè)各安置一根與之平行的下導(dǎo)軌42;上絲杠31和下絲杠32的兩端分別穿過箱體9的上下側(cè)壁和左右側(cè)壁， 一端用雙螺母8固定，另一端安裝手輪7并用雙螺母8固定；在上絲杠31上安裝兩個上滑塊11，下絲杠32上安裝兩個下滑塊12;每個上滑塊11和下滑塊12均通過力傳感器5各連接一個夾具6。
所述上滑塊11兩端套于上導(dǎo)軌41上;所述下滑塊12兩端套于下導(dǎo)軌42上。
所述上絲杠31和下絲杠32中段光滑，并以絲杠光滑段的中心為對稱點，兩邊分別加工左旋和右旋細牙螺紋。
所述手輪7為扳手加載塊式手輪，通過銷釘固定在絲杠上，手輪7的調(diào)節(jié)精度為3~10um。
所述夾具6的數(shù)量為4個，且在同一水平面上。
本實用新型的有益效果為能夠?qū)Ρ∧げ牧鲜┘硬煌碾p軸應(yīng)力，并可以置于溫度箱中對薄膜材料在不同溫度下的力學(xué)行為進行研究。為了研究該裝置的可行性，利用該裝置對橡膠基底上的硝化纖維薄膜在不同拉力比情況雙向應(yīng)力狀態(tài)的破裂行為進行了研究，研究表明，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定可靠的雙軸加載，并能方便地控制雙軸應(yīng)力比，并得到不同應(yīng)力比下的薄膜破裂形貌。

圖1為本實用新型所述試驗臺結(jié)構(gòu)示意圖2為手輪結(jié)構(gòu)示意圖3為小載荷傳感器結(jié)構(gòu)示意圖4為大載荷傳感器結(jié)構(gòu)示意圖5 (a)為夾具結(jié)構(gòu)俯視圖5 (b)為夾具結(jié)構(gòu)主視圖5 (c)為夾具結(jié)構(gòu)左視圖。
圖中標號
ll-上滑塊；12-下滑塊；31-上絲杠；32-下絲杠；41-上導(dǎo)軌；42-下導(dǎo)軌；
5-力傳感器；6-夾具；61-夾具主體；62-墊片；63-彈簧；64-固定螺絲； 65-加緊螺絲；7-手輪；8-雙螺母；9-箱體。
具體實施方式
本實用新型提供了一種微觀薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，下面通過附圖說 明和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。
兩根不在同一平面上垂直的上絲杠31和下絲杠32分別固定在箱體9的上下 側(cè)壁和左右側(cè)壁上，上絲杠31和下絲杠32中間光滑，并以絲杠光滑段的中心為 對稱點，兩邊分別加工左旋和右旋細牙螺紋，使絲杠轉(zhuǎn)動的時候套在相應(yīng)位置的 上滑塊11或下滑塊12能夠反向運動；上絲杠31的兩側(cè)各安置一根與之平行的 上導(dǎo)軌41 ，下絲杠32的兩側(cè)各安置一根與之平行的下導(dǎo)軌42;
在上絲杠31上安裝兩個上滑塊11，下絲杠32上安裝兩個下滑塊12;上滑 塊11兩端套于上導(dǎo)軌41上，沿上導(dǎo)軌41做徑向運動；下滑塊12兩端套于下導(dǎo)軌42上，沿下導(dǎo)軌42做徑向運動。
上絲杠31和下絲杠32的兩端分別穿過箱體9的上下側(cè)壁和左右側(cè)壁，在一 端用雙螺母8固定，另一端安裝手輪7并用雙螺母8固定；雙螺母8的作用是限 制上絲杠31和下絲杠32相對箱體9不滑動，以及通過調(diào)節(jié)雙螺母8的位置，在 實驗開始前調(diào)節(jié)對中性；手輪7為扳手加載塊式手輪，通過銷釘固定在絲杠上， 可以手動或使用扳手實現(xiàn)加載；手輪7圓周上刻有300等分線，絲杠上細螺紋螺 距是1.5mm，因此手輪轉(zhuǎn)動每小格對應(yīng)每個滑塊移動5,距離。
每個上滑塊11和下滑塊12均通過力傳感器5各連接一個夾具6。
力傳感器5采用硬鋁材料制成，彈性模量是70GPa左右，目的是提高傳感器 測量的靈敏度。小載荷傳感器采用如下結(jié)構(gòu)，在圖3的4-l、 4-2、 4-3、 4-4位 置粘貼4片應(yīng)變片，應(yīng)變片可以是常溫的，高溫的或者低溫的，四枚應(yīng)變片組成 惠更斯電橋，采用全橋進行測量，這樣能夠提高靈敏度及線性度，及消除彎矩扭 矩的影響和溫度效應(yīng)。傳感器受軸向拉力時，4-1、 4-3處的應(yīng)變片受壓，接在惠 更斯電橋的一對對臂上，4-2、 4-4處的應(yīng)變片受拉，接在惠更斯電橋的另一對對 臂上。在常溫下標定后，四片應(yīng)變片組全橋連接在YJR-5A型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上 組成全橋并進行標定。標定結(jié)果為傳感器在豎向方向上，每牛頓力產(chǎn)生3.418個 微應(yīng)變，精度為0.3牛頓，量程為245牛頓；傳感器在水平方向上，每牛頓力產(chǎn) 生2.916個微應(yīng)變，精度為0.35牛頓，量程為245牛頓。
大載荷傳感器如圖4所示。貼片位置在4-5、 4-6和在背面的4-7、 4-8。當 傳感器受拉時，4-5、 4-7位置的應(yīng)變片受壓，接在惠更斯電橋的一對對臂上，4-6、 4-8位置的應(yīng)變片受拉，接在惠更斯電橋的另一對對臂上，組成全橋。
圖5為夾具結(jié)構(gòu)示意圖。夾具由主體61，墊片62，兩個彈簧63，兩個固定 螺絲64， 一個裝卸試件加緊螺絲65組成。裝卡試件時，將螺母65松開，墊片62在彈簧63的作用下彈起，放入試件，用六角螺扳擰緊螺母65，壓住下面的墊 片，夾緊試件。墊片和試件的接觸面刻有與拉力方向垂直的條紋，增大摩擦力。
權(quán)利要求1.薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，其特征在于，兩根不在同一平面上垂直的上絲杠(31)和下絲杠(32)分別固定在箱體(9)的上下側(cè)壁和左右側(cè)壁上，上絲杠(31)的兩側(cè)各安置一根與之平行的上導(dǎo)軌(41)，下絲杠(32)的兩側(cè)各安置一根與之平行的下導(dǎo)軌(42)；上絲杠(31)和下絲杠(32)的兩端分別穿過箱體(9)的上下側(cè)壁和左右側(cè)壁，一端用雙螺母(8)固定，另一端安裝手輪(7)并用雙螺母(8)固定；在上絲杠(31)上安裝兩個上滑塊(11)，下絲杠(32)上安裝兩個下滑塊(12)；每個上滑塊(11)和下滑塊(12)均通過力傳感器(5)各連接一個夾具(6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，其特征在于，所述上滑塊(11)兩端套于上導(dǎo)軌(41)上；所述下滑塊(12)兩端套于下導(dǎo)軌(42)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，其特征在于，所述上絲杠(31)和下絲杠(32)中段光滑，并以絲杠光滑段的中心為對稱點，兩邊分別加工左旋和右旋細牙螺紋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，其特征在于，所述手輪(7)為扳手加載塊式手輪，通過銷釘固定在絲杠上，手輪(7)的調(diào)節(jié)精度為3 10ixm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺，其特征在于，所述夾具(6)的數(shù)量為4個，且在同一水平面上。
專利摘要本實用新型屬于材料力學(xué)測試設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種微觀薄膜材料力學(xué)雙軸測試試驗臺。試驗臺的結(jié)構(gòu)為矩形箱體的側(cè)壁設(shè)置兩根異面垂直的絲杠，每根絲杠的兩側(cè)各安置一根與之平行的導(dǎo)軌；絲杠的兩端均穿過箱體的側(cè)壁，一端用雙螺母固定，另一端安裝手輪；在每根絲杠上分別安裝兩個滑塊；每個滑塊均通過力傳感器各連接一個夾具。使用本實用新型能夠?qū)Ρ∧げ牧鲜┘硬煌碾p軸應(yīng)力，并可以置于溫度箱中對薄膜材料在不同溫度下的力學(xué)行為進行研究，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
文檔編號G01N3/18GK201364295SQ20092010506
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者施惠基, 政 段, 牛莉莎, 王天罡 申請人:清華大學(xué)