用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，屬于材料圍觀性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】和光機(jī)電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。其結(jié)構(gòu)包括夾具體、擰緊套、襯套、銷、壓緊鍥形塊和加緊鍥形塊等零部件，擰緊套與夾具體連接和壓緊鍥形塊連接，襯套在夾具體腔內(nèi)并與夾具體的內(nèi)圓表面連接，襯套通過壓緊鍥形塊與加緊鍥形塊連接。優(yōu)點(diǎn)在于：不僅能實現(xiàn)拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等單載荷加載試驗中試件樣品的夾持，還能實現(xiàn)拉-扭、壓-扭、拉/壓-扭轉(zhuǎn)等復(fù)合載荷加載試驗以及及相應(yīng)疲勞加載試驗中試件樣品的夾持，還可以與熱、電、磁等物理場加載單元兼容，實現(xiàn)對被測試件樣品多物理場、多載荷模式的復(fù)合工況的加載與測試。結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，兼容性高。
【專利說明】用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料微觀性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】和光機(jī)電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種 用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具?？蓪崿F(xiàn)對功能材料進(jìn)行拉/壓-扭 轉(zhuǎn)復(fù)合載荷試驗中試件樣品的夾持，尤其是可實現(xiàn)熱、電、磁等多物理場加載環(huán)境下拉/ 壓-扭轉(zhuǎn)-彎曲多載荷材料測試中試件樣品的夾持。

【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)材料試驗機(jī)主要針對結(jié)構(gòu)材料，隨著科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新型材料--特別 是鐵-電、鐵-磁、熱-磁和半導(dǎo)體材料等功能材料的大規(guī)模應(yīng)用，使得對功能材料在熱、 電、磁等復(fù)合物理場下的力學(xué)性能研究的必要性日益凸顯。目前，材料試驗機(jī)夾具只能傳 遞拉、壓、扭轉(zhuǎn)等單一工況，或者承受拉-扭復(fù)合工況，同一副夾具在功能上無法同時實現(xiàn) 拉-扭、壓-扭以及拉/壓-扭轉(zhuǎn)疲勞試驗，針對功能材料在電、熱、磁等復(fù)合物理場下的力 學(xué)研究更是稀少。目前還沒有針對功能材料，能與電、熱、磁等復(fù)合物理場相配合，實現(xiàn)加載 拉/壓-扭轉(zhuǎn)等復(fù)合工況的夾具。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具， 是一種針對鐵-電、鐵-磁、熱-磁和半導(dǎo)體材料等功能材料試件樣品的實驗夾具裝置，主 要是解決與電、熱、磁等復(fù)合物理場相配合的前提下，在同一副夾具上實現(xiàn)對功能材料施加 拉/壓-扭轉(zhuǎn)復(fù)合工況加載問題，從而實現(xiàn)對功能材料試件的測試。解決了現(xiàn)有試驗機(jī)夾 具沒有針對功能材料的夾具、難以實現(xiàn)與熱、電、磁等多物理場耦合、不能進(jìn)行多種工況組 合加載的難題。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、操作方便，本發(fā)明不僅能實現(xiàn)拉伸、壓縮、扭 轉(zhuǎn)等單載荷加載試驗中試件樣品的夾持，還能實現(xiàn)拉 -扭、壓-扭、拉/壓-扭轉(zhuǎn)等復(fù)合載 荷加載試驗以及及相應(yīng)疲勞加載試驗中試件樣品的夾持，還可以與熱、電、磁等物理場加載 單元兼容，實現(xiàn)對被測試件樣品多物理場、多載荷模式的復(fù)合工況的加載與測試。本發(fā)明具 有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，且可與聲發(fā)射測試裝置、金相顯微鏡、原子力顯微鏡等材料微觀性 能表征儀器相兼容的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，由構(gòu)造相同的兩副夾具構(gòu)成，其 中具有臺階的夾具I通過螺栓和銷與聯(lián)軸器連接，沒有臺階的夾具II通過沉頭螺栓與拉扭 傳感器連接，實現(xiàn)對拉/壓力和扭矩的動態(tài)實時測量；所述夾具I、II的結(jié)構(gòu)是：夾具體I 1 與擰緊套2通過螺紋連接，擰緊套2的一端通過壓緊鍥形塊I、II 7、8的槽與壓緊鍥形塊 I、11 7、8連接，在擰緊擰緊套2時，推動壓緊鍥形塊I、11 7、8運(yùn)動，實現(xiàn)推動壓緊鍥形塊 I、II 7、8對夾持楔形塊I、II 5、6夾緊；夾具體I 1與襯套I、II 3、4的外圓表面相連接， 夾具體I 1通過銷I、II 9、10將扭矩傳遞給襯套I、II 3、4,襯套I、II 3、4通過內(nèi)部的平面 與壓緊鍥形塊I、II 7、8的一端平面接觸，壓緊鍥形塊I、II 7、8通過其斜面與夾持楔形塊 I、II 5、6的斜面接觸，實現(xiàn)扭矩從夾具體I 1經(jīng)過襯套I、II 3、4,通過內(nèi)部的平面與壓緊 鍥形塊I、II 7、8,傳遞給壓緊鍥形塊I、II 7、8,通過夾持楔形塊I、II 5、6對試件11的加 緊實現(xiàn)將扭矩傳遞給試件11 ;夾具體I 1通過內(nèi)部端面與夾持楔形塊I、II 5、6大頭端端 面連接，通過對擰緊套2的擰緊實現(xiàn)夾持楔形塊I、II 5、6大頭端端面與具體I 1通過內(nèi)端 面連接，從而實現(xiàn)夾持楔形塊I、11 5、6在具體I 1軸向的定位，進(jìn)而實現(xiàn)傳遞壓縮載荷從 夾具體I 1傳遞給夾持楔形塊I、II 5、6,通過夾持楔形塊I、II 5、6對試件11的加緊實現(xiàn) 將壓縮載荷傳遞給試件11。
[0005] 所述的夾持楔形塊I、II 5、6與壓緊鍥形塊I、II 7、8的斜切面傾角小于摩擦角， 防止在夾緊和解除夾緊試件11時出現(xiàn)自鎖，在放松擰緊套2時，擰緊套2推動壓緊鍥形塊 I、II 7、8退出對夾持楔形塊I、II 5、6的壓緊，對試件11卸載，實現(xiàn)解除夾持。
[0006] 所述的襯套I、II 3、4、夾持楔形塊I、II 5、6、壓緊鍥形塊I、II 7、8分別置于夾具 體I 1和擰緊套2的腔內(nèi)，只有夾持楔形塊I、II 5、6的夾持試件部分裸露在外面，實現(xiàn)對 夾具內(nèi)部相對運(yùn)動的接觸面的防塵保護(hù)。
[0007] 所述的夾具體I 1和擰緊套2上分別設(shè)有扳手孔14,通過特殊扳手固定夾具體 I 1圓周方向，擰動擰緊套2,即可操控夾具。
[0008] 所述的夾具體I 1上有導(dǎo)線孔12,聲發(fā)射檢測系統(tǒng)導(dǎo)線通過導(dǎo)線孔12、夾持楔形 塊I、II 5、6之間的空隙與試件11接觸，在加載拉伸\壓縮-扭轉(zhuǎn)等單載荷或多載荷工況 組合的同時，實現(xiàn)對試件11的原位檢測，該夾具與檢測系統(tǒng)配合完成試件變形和裂紋擴(kuò)展 檢測。
[0009] 所述的襯套I、II 3、4、壓緊鍥形塊I、II 7、8、夾持楔形塊I、II 5、6分別是材料、 形狀、尺寸完全一致成對結(jié)構(gòu)，確保夾持楔形塊I、II 5、6中間面無論是運(yùn)動中還是靜止時 都在夾具體I 1的中間平面重合；夾持楔形塊I、II 5、6側(cè)面與襯套I、II 3、4內(nèi)側(cè)面接觸， 防止夾持形塊I、11 5、6在試件11徑向方向竄動；夾持形塊I、11 5、6上的V型槽，使試件 11的軸線始終在夾具體I 1的軸線位置，實現(xiàn)對試件的精確定位，從而實現(xiàn)對試件的精確 試驗。
[0010] 所述的夾具與熱、電、磁加載單元配合，實現(xiàn)在復(fù)合物理場下對試件加載拉伸-扭 轉(zhuǎn)、壓縮-扭轉(zhuǎn)等復(fù)合載荷，完成復(fù)合物理場下多載荷試驗和復(fù)合物理場下多載荷疲勞試 驗。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、精度高，可以實現(xiàn)對 多種材料試件進(jìn)行不僅能夠?qū)崿F(xiàn)拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等單載荷試驗以及相應(yīng)疲勞試驗，還能實 現(xiàn)拉-扭、壓-扭、拉/壓-扭轉(zhuǎn)等復(fù)合載荷試驗及相應(yīng)疲勞試驗，還可以與熱場加載單元、 電場加載單元、磁場加載單元相互兼容，實現(xiàn)對檢測試件多物理場、復(fù)合工況的加載，結(jié)合 金相顯微鏡、原子力顯微鏡等成像設(shè)備，可以實現(xiàn)對測試中的試件動態(tài)實時檢測，從而獲得 功能材料多種重要力學(xué)參數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0013] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的夾具體I軸測圖； 圖3為本發(fā)明的夾具體II軸測圖； 圖4為本發(fā)明的擰緊套軸測圖； 圖5為本發(fā)明的襯套軸測圖； 圖6為本發(fā)明的壓緊鍥形塊軸測圖； 圖7為本發(fā)明的夾持鍥形塊軸測圖。
[0014] 圖中：1、夾具體I ;2、擰緊套；3、襯套I ;4、襯套II ;5、夾持楔形塊I ;6、夾持楔 形塊II ;7、壓緊鍥形塊I ;8、壓緊鍥形塊II ;9、銷I ;10、銷II ;11、試件；12、導(dǎo)線孔；13、夾 具體II ; 14、扳手孔。

【具體實施方式】
[0015] 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【具體實施方式】。
[0016] 參見圖1至圖7所示，本發(fā)明的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾 具，由構(gòu)造相同的兩副夾具構(gòu)成，其中具有臺階的夾具I通過過螺栓和銷與聯(lián)軸器連接，與 夾具I不同的是，夾具II的夾具體II 13沒有臺階，沒有臺階的夾具II通過沉頭螺栓與拉扭 傳感器連接，實現(xiàn)對拉/壓力和扭矩的動態(tài)實時測量；所述夾具I、II的結(jié)構(gòu)是：夾具體I 1 與擰緊套2通過螺紋連接，擰緊套2的一端深入壓緊鍥形塊I、II 7、8的槽中，在擰緊擰緊 套2會推動壓緊鍥形塊I、II 7、8,從而實現(xiàn)推動壓緊鍥形塊I、II 7、8對試件11的夾緊； 夾具體I 1與襯套I、II 3、4的外圓表面相連接，夾具體I 1通過銷I、II 9、10實現(xiàn)將扭矩 傳遞給襯套I、II 3、4,襯套I、II 3、4與壓緊鍥形塊I、II 7、8、壓緊鍥形塊I、II 7、8與夾 持楔形塊I、II 5、6通過平面接觸，從而實現(xiàn)扭矩的傳遞，通過持楔形塊I、II 5、6對試件11 的加緊實現(xiàn)將扭矩傳遞給試件11 ;夾具體I 1通過內(nèi)端面與夾持楔形塊I、II 5、6大頭端 端面連接，通過對擰緊套2的擰緊實現(xiàn)夾持楔形塊I、II 5、6大頭端端面與具體I 1通過內(nèi) 端面連接，從而實現(xiàn)夾持楔形塊I、II 5、6在具體I 1軸向的定位，進(jìn)而實現(xiàn)傳遞壓縮載荷 從夾具體I 1傳遞給夾持楔形塊I、II 5、6,通過夾持楔形塊I、II 5、6對試件11的加緊實 現(xiàn)將壓縮載荷傳遞給試件11。
[0017] 所述的夾持楔形塊I、II 5、6與壓緊鍥形塊I、II 7、8的接觸的斜切面傾角小于摩 擦角，防止在加緊夾緊試件11時出現(xiàn)自鎖情況，在放松擰緊套2時，擰緊套2推動帶動壓緊 鍥形塊I、II 7、8退出夾具體I 1，對試件進(jìn)行卸載，實現(xiàn)解除對試件11的夾持。
[0018] 所述的襯套I、II 3、4、夾持楔形塊I、II 5、6、壓緊鍥形塊I、II 7、8都位于夾具體 I 1和擰緊套2的腔內(nèi)，只有夾持楔形塊I、II 5、6的夾持試件部分裸露在外面，具有操作 方面的優(yōu)點(diǎn)，實現(xiàn)對夾具的防塵保護(hù)。
[0019] 所述的夾具體I 1和擰緊套2上都有扳手孔14,夾具體I 1有3個扳手孔和一個 導(dǎo)線線孔12,在圓周方向均勻分布，擰緊套2有4個扳手孔，均勻分布，通過特殊扳手固定夾 具體I 1圓周方向，擰動擰緊套2,即可實現(xiàn)操控夾具。
[0020] 所述的夾具配合檢測系統(tǒng)完成試件變形和裂紋擴(kuò)展的檢測，夾具體I 1上有導(dǎo)線 孔12,檢測檢測系統(tǒng)導(dǎo)線通過導(dǎo)線孔12,布置在夾持楔形塊I、II 5、6之間的空隙，與試件 11的軸端面接觸，在對試件11進(jìn)行試驗時，實現(xiàn)對試件11的原位檢測。
[0021] 所述的壓緊鍥形塊I、II 7、8上有凹槽，擰緊套2部分伸入槽中，擰緊擰緊套2時 可以推動壓緊鍥形塊I、II 7、8,進(jìn)而壓住夾持楔形塊I、II 5、6實現(xiàn)夾持試件；放松擰緊套 可以帶出壓緊鍥形塊I、II 7、8,實現(xiàn)解除對試件的夾持。
[0022] 所述的夾持楔形塊I、II 5、6側(cè)面與襯套I、II 3、4內(nèi)側(cè)面接觸，防止夾持形塊I、 II 5、6在試件11徑向方向竄動，夾持形塊I、11 5、6-側(cè)有V型槽，使試件11的軸線始終 在夾具體I 1的軸線位置，實現(xiàn)對試件的精確定位，從而為實現(xiàn)對試件的精確試驗。
[0023] 所述的襯套I、II 3、4、壓緊鍥形塊I、II 7、8、夾持楔形塊I、II 5、6都是成對使 用，同一對零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸完全一樣，確保夾持楔形塊I、II 5、6中間面無論 是運(yùn)動中還是靜止時都在夾具體I 1的中間平面重合；夾持楔形塊I、II 5、6側(cè)面與襯套 I、113、4內(nèi)側(cè)面接觸，防止夾持形塊I、115、6在試件11徑向方向竄動；夾持形塊I、115、 6上的V型槽，使試件11的軸線始終在夾具體I 1的軸線位置，實現(xiàn)對試件的精確定位，從 而為實現(xiàn)對試件的精確試驗。
[0024] 所述的兩副夾具，在空間和功能上，能配合熱、電、磁等物理場，實現(xiàn)在多物理場耦 合情況下對試件進(jìn)行拉伸\壓縮\扭轉(zhuǎn)等單載荷試驗，也能夠加載拉伸-扭轉(zhuǎn)、壓縮-扭轉(zhuǎn) 等復(fù)合載荷，完成多載荷試驗和多載荷疲勞試驗。
[0025] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(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. 一種用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征在于：由構(gòu)造相同 的兩副夾具構(gòu)成，其中具有臺階的夾具I通過銷和螺栓與聯(lián)軸器連接，沒有臺階的夾具II 通過沉頭螺栓與拉扭傳感器連接，實現(xiàn)對拉/壓力和扭矩的動態(tài)實時測量；所述夾具I、II 的結(jié)構(gòu)是：夾具體I (1)與擰緊套（2)通過螺紋連接，擰緊套（2)的一端通過壓緊鍥形塊I、 II (7、8)的槽與壓緊鍥形塊I、II (7、8)連接，在擰緊擰緊套（2)時，推動壓緊鍥形塊I、II (7、8)運(yùn)動，實現(xiàn)推動壓緊鍥形塊I、II (7、8)對夾持楔形塊I、II (5、6)夾緊；夾具體I (1) 與襯套I、II (3、4)的外圓表面相連接，夾具體I (1)通過銷I、II (9、10)將扭矩傳遞給襯 套I、II (3、4)，襯套I、II (3、4)通過內(nèi)部的平面與壓緊鍥形塊I、II (7、8)的一端平面接 觸，壓緊鍥形塊I、11 (7、8)通過其斜面與夾持楔形塊I、11 (5、6)的斜面接觸，實現(xiàn)扭矩從 夾具體I (1)經(jīng)過襯套I、II (3、4)，通過內(nèi)部的平面與壓緊鍥形塊I、II (7、8)，傳遞給壓 緊鍥形塊I、II (7、8)，通過夾持楔形塊I、II (5、6)對試件（11)的加緊實現(xiàn)將扭矩傳遞給 試件（11);夾具體I (1)通過內(nèi)部端面與夾持楔形塊I、II (5、6)大頭端端面連接，通過對 擰緊套（2)的擰緊實現(xiàn)夾持楔形塊I、II (5、6)大頭端端面與具體I (1)通過內(nèi)端面連接， 從而實現(xiàn)夾持楔形塊I、II (5、6)在具體I (1)軸向的定位，進(jìn)而實現(xiàn)傳遞壓縮載荷從夾具 體I (1)傳遞給夾持楔形塊I、II (5、6)，通過夾持楔形塊I、II (5、6)對試件（11)的加緊實 現(xiàn)將壓縮載荷傳遞給試件（11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征 在于：所述的夾持楔形塊I、II (5、6)與壓緊鍥形塊I、II (7、8)的斜切面傾角小于摩擦角， 防止在夾緊和解除夾緊試件（11)時出現(xiàn)自鎖，在放松擰緊套（2)時，擰緊套（2)推動壓緊鍥 形塊I、II (7、8)退出對夾持楔形塊I、II (5、6)的壓緊，對試件（11)卸載，實現(xiàn)解除夾持。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征 在于：所述的襯套I、II (3、4)、夾持楔形塊I、II (5、6)、壓緊鍥形塊I、II (7、8)分別置于 夾具體I (1)和擰緊套（2)的腔內(nèi)，只有夾持楔形塊I、II (5、6)的夾持試件部分裸露在外 面，實現(xiàn)對夾具內(nèi)部相對運(yùn)動的接觸面的防塵保護(hù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征 在于：所述的夾具體I (1)和擰緊套（2)上分別設(shè)有扳手孔（14)，通過扳手固定夾具體I (1)圓周方向，擰動擰緊套（2)，即可操控夾具。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征 在于：所述的夾具體I (1)上有導(dǎo)線孔（12)，聲發(fā)射檢測系統(tǒng)導(dǎo)線通過導(dǎo)線孔（12)、夾持楔 形塊I、II (5、6)之間的空隙與試件（11)接觸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征 在于：所述的襯套I、II (3、4)、壓緊鍥形塊I、II (7、8)、夾持楔形塊I、II (5、6)分別是材 料、形狀、尺寸完全一致成對結(jié)構(gòu)，確保夾持楔形塊I、II (5、6)中間面無論是運(yùn)動中還是靜 止時都在夾具體I (1)的中間平面重合；夾持楔形塊I、11(5、6)側(cè)面與襯套I、11(3、4)內(nèi) 側(cè)面接觸，防止夾持形塊I、II (5、6)在試件（11)徑向方向竄動；夾持形塊I、II (5、6)上的 V型槽，使試件（11)的軸線始終在夾具體I (1)的軸線位置，實現(xiàn)對試件的精確定位，從而 實現(xiàn)對試件的精確試驗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功能材料微觀性能原位測試中試件樣品的夾具，其特征 在于：所述的夾具與熱、電、磁加載單元配合，實現(xiàn)在復(fù)合物理場下對試件加載拉伸-扭轉(zhuǎn)、 壓縮-扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷，完成復(fù)合物理場下多載荷試驗和復(fù)合物理場下多載荷疲勞試驗。
【文檔編號】G01N3/04GK104089815SQ201410252623
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】趙宏偉, 鄒青, 張永利, 李聰, 張富, 任露泉, 林增宇, 緱旭, 錢龍, 佟達(dá) 申請人:吉林大學(xué)