本實用新型屬于力學精密測試儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置。

背景技術(shù)：

原位納米力學測試技術(shù)是指對材料在納米尺度下進行力學性能測試，并利用電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學顯微鏡等成像儀器針對材料發(fā)生載荷作用下發(fā)生的響應微觀變形、損傷直至失效破壞現(xiàn)象進行全程動態(tài)監(jiān)測的一種力學測試技術(shù)。在原位納米力學性能測試領(lǐng)域內(nèi)，硬度、彈性模量、屈服強度、抗拉強度、疲勞強度等參數(shù)是材料力學特性測試中的最主要的幾個材料性能表征參數(shù)，出現(xiàn)了許多測試手段與方法，如拉伸/壓縮法、三點彎曲法、納米壓痕法等。

目前，針對原位納米力學測試技術(shù)相關(guān)儀器的研制尚不成熟；現(xiàn)有的原位納米力學試驗裝置載荷單一，無法對材料在復合載荷作用下進行相關(guān)力學性能測試，從而不能模擬工件在真實服役狀態(tài)下的實際狀況。另外，現(xiàn)有的技術(shù)中，存在基于拉壓、疲勞復合載荷模式下的原位壓痕力學測試裝置以及拉伸-剪切預載荷原位壓痕測試裝置，尚未見有基于雙軸拉伸下的原位壓痕力學測試裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提出一種基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的載荷單一、無法實現(xiàn)雙軸拉伸下的原位壓痕測試的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置包括：

基座；

設置在基座上的兩組結(jié)構(gòu)相同的拉伸單元，兩組拉伸單元分別沿X軸方向和Y軸方向設置，兩組拉伸單元的夾持機構(gòu)夾緊被測試的十字試件的四個端部，對試件進行X軸和Y軸方向的雙向拉伸；

設置在基座上的壓痕加載單元，所述壓痕加載單元包括壓痕臺、金剛石壓頭、壓力傳感器、壓痕滑塊、壓痕導軌副、絲杠螺母副、Z向壓痕位移傳感器、動力傳動單元、壓痕驅(qū)動電機、電機座和壓痕支座；所述壓痕驅(qū)動電機通過電機座固定在所述壓痕支座上，所述壓痕支座固定在基座上，所述壓痕驅(qū)動電機輸出軸和所述動力傳動單元輸入端連接，所述動力傳動單元輸出端通過絲杠螺母副帶動所述壓痕滑塊上下運動，所述壓痕滑塊和固定在所述壓痕支座上的壓痕導軌副滑動配合，所述壓痕滑塊下端面和壓力傳感器連接，壓力傳感器的另一端和所述金剛石壓頭固定連接，所述壓痕臺固定在所述基座上，所述壓痕臺和所述金剛石壓頭相對應，所述Z向壓痕位移傳感器安裝在所述壓痕滑塊的側(cè)壁上；

分別和每組拉伸單元連接的位移檢測單元，檢測每組拉伸單元拉伸的位移；

以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述拉伸單元和壓痕加載單元運動。

所述拉伸單元包括設置在基座下表面的傳遞機構(gòu)和設置在基座上表面的夾持機構(gòu)；

所述傳遞機構(gòu)包括拉伸驅(qū)動單元、雙向絲杠、絲杠固定座、螺母、螺母座、拉伸滑塊和拉伸導軌副；所述拉伸驅(qū)動單元和所述雙向絲杠的一端連接，驅(qū)動所述雙向絲杠轉(zhuǎn)動，所述雙向絲杠的兩端通過所述絲杠固定座和所述基座連接，所述雙向絲杠的兩端分別和一個螺母形成絲杠螺母副，每個螺母通過一個螺母座和一個拉伸滑塊固定連接，每個所述拉伸滑塊和分別通過一個拉伸導軌副和基座滑動配合；

所述夾持機構(gòu)連接塊、夾具體、壓塊和拉力傳感器；兩個所述連接塊分別和傳遞機構(gòu)中的拉伸滑塊固定連接，兩個夾具體的一端分別和兩個連接塊相對設置的兩個面固定連接，所述兩個夾具體的另一端分別設置有一個定位凹槽，所述夾具體設置有定位凹槽的一端上端面和一個壓塊通過螺釘連接；任意一側(cè)的連接塊與夾具體之間設置有一個拉力傳感器。

所述拉伸驅(qū)動單元包括拉伸蝸輪A、拉伸蝸桿A、拉伸蝸輪B、拉伸蝸桿B和拉伸驅(qū)動電機；所述拉伸驅(qū)動電機的輸出軸和所述拉伸蝸桿B同軸固定連接，所述拉伸蝸桿B和拉伸蝸輪B配合，所述拉伸蝸輪B和所述拉伸蝸桿A同軸固 定連接，所述拉伸蝸桿A和所述拉伸蝸輪A配合，所述拉伸蝸輪A和所述雙向絲杠的一端固定連接。

所述壓痕加載單元中的動力傳動單元包括壓痕蝸輪A、壓痕蝸桿A、蝸輪蝸桿座、壓痕蝸輪B和壓痕蝸桿B；所述壓痕驅(qū)動電機的輸出軸和所述壓痕蝸桿B同軸連接，所述壓痕蝸桿B和所述壓痕蝸輪B配合，所述壓痕蝸輪B和所述壓痕蝸桿A同軸連接，所述壓痕蝸桿A和所述壓痕蝸輪A配合，所述壓痕蝸輪A和所述絲杠螺母副中的絲杠同軸固定連接。

所述位移檢測單元包括位移擋塊、拉伸位移傳感器和固定座，所述拉伸位移傳感器通過固定座固定在所述基座上，所述位移擋塊一端和拉伸單元的一個端部固定連接，另一端和所述拉伸位移傳感器接觸。

所述拉伸位移傳感器和對應的拉伸單元軸線平行。

本實用新型的有益效果為：本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置通過兩組沿X軸和Y軸方向設置的拉伸單元對試件進行雙軸拉伸，進而實現(xiàn)真實狀態(tài)下的拉伸模擬，在雙軸拉伸狀態(tài)下對試件進行原位壓痕力學測試，拉伸驅(qū)動單元和壓痕過程中的動力傳動單元均采用二級蝸輪蝸桿傳動，實現(xiàn)準靜態(tài)加載；拉伸單元利用雙向絲杠的等力反向的傳遞特點，使試件中心基本保持不變，結(jié)合高分辨率的成像系統(tǒng)可進行材料的原位力學性能觀測。壓痕加載單元布置于試件正上方，豎直壓入試件，由壓痕驅(qū)動電機帶動絲桿螺母副產(chǎn)生直線進給，傳動環(huán)節(jié)中的二級蝸輪蝸桿減速器可實現(xiàn)精密壓入驅(qū)動，可進行跨尺度原位壓痕力學測試。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、響應迅速、精度高、成本低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置中壓痕加載單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置中傳遞機構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置中夾持機構(gòu)示意圖；

其中：1、基座，2、位移擋塊，3、拉伸位移傳感器，4、固定座，5、拉伸導軌副，6、拉伸滑塊，7、連接塊，8、拉力傳感器，9、夾具體，10、壓塊，11、Z向壓痕位移傳感器，12、壓痕滑塊，13、壓痕蝸輪A，14、壓痕蝸桿A，15、絲杠螺母副，16、蝸輪蝸桿座，17、壓力傳感器，18、壓痕蝸輪B，19、壓痕蝸桿B，20、電機座，21、壓痕驅(qū)動電機，22、壓痕導軌副，23、壓痕支座，24、金剛石壓頭，25、壓痕臺，26、試件，27、拉伸蝸輪A，28、拉伸蝸桿A，29、絲杠固定座，30、拉伸蝸輪B，31、拉伸蝸桿B，32、螺母座，33、螺母，34、拉伸驅(qū)動電機，35、雙向絲杠。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作進一步說明。

參見附圖1、附圖2和附圖3，本實用新型的基于雙軸拉伸載荷下的原位壓痕力學測試裝置包括：

基座1；

設置在基座1上的兩組結(jié)構(gòu)相同的拉伸單元，兩組拉伸單元分別沿X軸方向和Y軸方向設置，兩組拉伸單元的夾持機構(gòu)夾緊被測試的十字試件26的四個端部，對試件26進行X軸和Y軸方向的雙向拉伸；

設置在基座1上的壓痕加載單元，所述壓痕加載單元包括壓痕臺25、金剛石壓頭24、壓力傳感器17、壓痕滑塊12、壓痕導軌副22、絲杠螺母副15、Z向壓痕位移傳感器11、動力傳動單元、壓痕驅(qū)動電機21、電機座20和壓痕支座23；所述壓痕驅(qū)動電機21通過電機座20固定在所述壓痕支座23上，所述壓痕支座23固定在基座1上，所述壓痕驅(qū)動電機21輸出軸和所述動力傳動單元輸入端連接，所述動力傳動單元輸出端通過絲杠螺母副15帶動所述壓痕滑塊12上下運動，所述壓痕滑塊12和固定在所述壓痕支座23上的壓痕導軌副22滑動配合，所述壓痕滑塊12下端面和壓力傳感器17連接，壓力傳感器17的另一端 和所述金剛石壓頭24固定連接，所述壓痕臺25固定在所述基座1上，所述壓痕臺25和所述金剛石壓頭24相對應，所述Z向壓痕位移傳感器11安裝在所述壓痕滑塊12的側(cè)壁上；所述動力傳動單元包括壓痕蝸輪A13、壓痕蝸桿A14、蝸輪蝸桿座16、壓痕蝸輪B18和壓痕蝸桿B19；所述壓痕驅(qū)動電機21的輸出軸和所述壓痕蝸桿B19同軸連接，所述壓痕蝸桿B19和所述壓痕蝸輪B18配合，所述壓痕蝸輪B和所述壓痕蝸桿A14同軸連接，所述壓痕蝸桿A14和所述壓痕蝸輪A13配合，所述壓痕蝸輪A13和所述絲杠螺母副15中的絲杠同軸固定連接；

分別和每組拉伸單元連接的位移檢測單元，檢測每組拉伸單元拉伸的位移；

以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述拉伸單元和壓痕加載單元運動。

所述拉伸單元包括設置在基座1下表面的傳遞機構(gòu)和設置在基座1上表面的夾持機構(gòu)；

參見附圖4，所述傳遞機構(gòu)包括拉伸驅(qū)動單元、雙向絲杠35、絲杠固定座29、螺母33、螺母座32、拉伸滑塊6和拉伸導軌副5；所述拉伸驅(qū)動單元和所述雙向絲杠35的一端連接，驅(qū)動所述雙向絲杠35轉(zhuǎn)動，所述雙向絲杠35的兩端通過所述絲杠固定座29和所述基座1連接，所述雙向絲杠35的兩端分別和一個螺母33形成絲杠螺母副，每個螺母33通過一個螺母座32和一個拉伸滑塊6固定連接，每個所述拉伸滑塊6和分別通過一個拉伸導軌副5和基座1滑動配合；

參見附圖5，所述夾持機構(gòu)連接塊7、夾具體9、壓塊10和拉力傳感器8；兩個所述連接塊7分別和傳遞機構(gòu)中的拉伸滑塊6固定連接，兩個夾具體9的一端分別和兩個連接塊7相對設置的兩個面固定連接，所述兩個夾具體9的另一端分別設置有一個定位凹槽，所述夾具體9設置有定位凹槽的一端上端面和一個壓塊10通過螺釘連接；任意一側(cè)的連接塊7與夾具體9之間設置有一個拉力傳感器8。

所述拉伸驅(qū)動單元包括拉伸蝸輪A27、拉伸蝸桿A28、拉伸蝸輪B30、拉伸蝸桿B31和拉伸驅(qū)動電機34；所述拉伸驅(qū)動電機34的輸出軸和所述拉伸蝸桿B31同軸固定連接，所述拉伸蝸桿B31和拉伸蝸輪B30配合，所述拉伸蝸輪B30 和所述拉伸蝸桿A28同軸固定連接，所述拉伸蝸桿A28和所述拉伸蝸輪A27配合，所述拉伸蝸輪A27和所述雙向絲杠35的一端固定連接。

所述位移檢測單元包括位移擋塊2、拉伸位移傳感器3和固定座4，所述拉伸位移傳感器3通過固定座4固定在所述基座1上，所述位移擋塊2一端和拉伸單元的一個端部固定連接，另一端和所述拉伸位移傳感器3接觸。

所述拉伸位移傳感器3和對應的拉伸單元軸線平行。