本實(shí)用新型涉及機(jī)電一體化精密科學(xué)儀器領(lǐng)域,特別涉及一種基于拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

金屬疲勞是材料科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，已日益顯示出它在提高產(chǎn)品質(zhì)量和工程應(yīng)用中的重要作用。受商業(yè)化試驗(yàn)機(jī)限制實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)、耗費(fèi)較大，且材料試件疲勞斷裂微觀結(jié)構(gòu)都是在疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用掃描顯微鏡等成像設(shè)備進(jìn)行研究分析的，不能實(shí)現(xiàn)材料試件受多種載荷應(yīng)力作用下材料微觀形貌實(shí)時(shí)觀測(cè)，對(duì)材料疲勞力學(xué)性能研究有一定的局限性。

疲勞試驗(yàn)機(jī)按測(cè)試試樣的加載方式可分為：拉－壓疲勞試驗(yàn)機(jī)、彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)、復(fù)合應(yīng)力疲勞試驗(yàn)機(jī)等。實(shí)際工程中的板、殼結(jié)構(gòu)部件所承受的大多是多種載荷同時(shí)作用，如拉伸一彎曲復(fù)合載荷模式、彎曲一疲勞復(fù)合載荷模式、拉伸一扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷模式等,因此,解析復(fù)合載荷模式作用下的材料的力學(xué)性能及其變性損傷機(jī)制對(duì)材料學(xué)的發(fā)展具有不可忽視的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)是用于測(cè)量材料彎曲疲勞性能的一種試驗(yàn)方法。

因此設(shè)計(jì)開發(fā)一種集拉伸/壓縮、四點(diǎn)彎曲、拉伸疲勞、四點(diǎn)彎曲疲勞多種載荷加載模式于一體的跨尺度原位材料力學(xué)測(cè)試平臺(tái),對(duì)實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)材料的微觀力學(xué)行為和變性損傷機(jī)制具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置,解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題?？杉衫鞙y(cè)試、四點(diǎn)彎曲測(cè)試、疲勞測(cè)試及基于上述兩種單一載荷形式的復(fù)合載荷測(cè)試，即可給定拉伸應(yīng)力下的四點(diǎn)彎曲測(cè)試、給定四點(diǎn)彎曲應(yīng)力下的拉伸測(cè)試、給定拉伸應(yīng)力下的四點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試或給定四點(diǎn)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下的拉伸疲勞測(cè)試,還可以同時(shí)進(jìn)行拉伸疲勞、四點(diǎn)彎曲疲勞復(fù)合加載測(cè)試。此外本實(shí)用新型測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)小巧，可在多種顯微鏡下開展上述測(cè)試，對(duì)材料的微觀變形、損傷和斷裂過程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)。

本實(shí)用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置，包括四點(diǎn)彎曲預(yù)載荷加載單元、四點(diǎn)彎曲疲勞加載單元、拉伸預(yù)載荷加載單元、拉伸疲勞加載單元以及上位機(jī)；

所述的四點(diǎn)彎曲預(yù)載荷加載單元包括：直流伺服電機(jī)Ⅰ、電機(jī)法蘭盤Ⅰ、單向滾珠絲杠Ⅱ以及位移傳感器Ⅱ，其中，直流伺服電機(jī)Ⅰ通過電機(jī)法蘭盤Ⅰ與測(cè)試平臺(tái)基座相連，直流伺服電機(jī)Ⅰ的輸出軸依次經(jīng)由第一減速增扭單元實(shí)現(xiàn)減速、增扭后與單向滾珠絲杠Ⅱ的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，單向滾珠絲杠Ⅱ上的螺母移動(dòng)副上固定連接彎曲模塊支撐座,測(cè)試平臺(tái)基座上設(shè)有用于測(cè)量彎曲模塊支撐座位移量的位移傳感器Ⅱ，彎曲模塊支撐座上剛性固定所述四點(diǎn)彎曲疲勞加載單元；

所述四點(diǎn)彎曲疲勞加載單元包括：壓電疊堆I、柔性鉸鏈Ⅰ、力傳感器Ⅰ和四點(diǎn)彎曲壓頭；其中，壓電疊堆I安裝于柔性鉸鏈Ⅰ的凹槽內(nèi),通過預(yù)緊螺釘進(jìn)行預(yù)緊，四點(diǎn)彎曲壓頭經(jīng)由力傳感器Ⅰ安裝于柔性鉸鏈Ⅰ的輸出端處，柔性鉸鏈Ⅰ剛性固定在彎曲模塊支撐座上；

所述拉伸預(yù)載荷加載單元包括：直流伺服電機(jī)Ⅱ、電機(jī)法蘭盤Ⅱ、精密雙向滾珠絲杠、拉伸夾持臺(tái)I、拉伸夾持臺(tái)II、夾具Ⅰ以及力傳感器Ⅱ，其中，直流伺服電機(jī)Ⅱ通過電機(jī)法蘭盤Ⅱ安裝在測(cè)試平臺(tái)基座上，通過第二減速增扭單元實(shí)現(xiàn)減速、增扭后與精密雙向滾珠絲杠的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，精密雙向滾珠絲杠上兩個(gè)螺母移動(dòng)副中的一個(gè)連接拉伸夾持臺(tái)I，另一個(gè)連接拉伸夾持臺(tái)II，夾具Ⅰ通過拉伸夾持臺(tái)Ⅰ和拉伸夾持臺(tái)Ⅱ安裝在與測(cè)試平臺(tái)基座固連的直線導(dǎo)軌滑塊Ⅱ上；在夾具Ⅰ的端部安裝有用于檢測(cè)測(cè)試試件所受拉力的力傳感器Ⅱ，夾具Ⅰ下方設(shè)置有隨時(shí)監(jiān)測(cè)拉伸量的位移傳感器Ⅱ；

所述拉伸疲勞加載單元包括：柔性鉸鏈Ⅱ、壓電疊堆Ⅱ、夾具Ⅱ以及位移傳感器Ⅱ,所述壓電疊堆Ⅱ安裝在柔性鉸鏈Ⅱ內(nèi),柔性鉸鏈Ⅱ固定端通過螺釘固定在拉伸夾持臺(tái)Ⅰ上,柔性鉸鏈Ⅱ的活動(dòng)端與夾具Ⅱ相連,夾具Ⅱ通過拉伸夾持臺(tái)Ⅰ、拉伸夾持臺(tái)Ⅱ安裝在與測(cè)試平臺(tái)基座固連的直線導(dǎo)軌滑塊Ⅱ上；

所述上位機(jī)分別與直流伺服電機(jī)Ⅰ、位移傳感器Ⅱ、壓電疊堆I、力傳感器Ⅰ、直流伺服電機(jī)Ⅱ、力傳感器Ⅱ、接觸式位移傳感器Ⅱ、以及壓電疊堆Ⅱ控制連接。

所述第一減速增扭單元包括傳動(dòng)連接的蝸輪Ⅰ和蝸桿Ⅰ；所述第二減速增扭單元包括傳動(dòng)連接的蝸輪Ⅱ和蝸桿Ⅱ。

所述測(cè)試平臺(tái)基座上設(shè)有位移傳感器支座Ⅰ，彎曲模塊支撐座的側(cè)部固定連接有L形擋板；所述位移傳感器Ⅱ安裝在位移傳感器支座Ⅰ上,用來測(cè)量L型擋板的位移量，進(jìn)而得出四點(diǎn)彎曲壓頭的位移量。

所述的夾具I、夾具Ⅱ均通過旋緊螺釘對(duì)試件進(jìn)行夾緊；所述試件上加工有與旋緊螺釘相配合實(shí)現(xiàn)試件定位的U型槽，然后在試件的上部依次放置防滑墊層、上壓板，最后通過內(nèi)六角螺栓實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的壓緊。

本實(shí)用新型的有益效果在于:

第一、本實(shí)用新型裝置體積小巧,結(jié)構(gòu)緊湊,可安裝于各種主流電子顯微鏡真空腔體的載物平臺(tái)上。

第二、通過對(duì)試件一方向上施加拉伸載荷同時(shí)另一個(gè)方向上施加彎曲載荷,使試件的中心在一個(gè)平面上存在兩個(gè)相互垂直的加載力,同時(shí)在拉伸載荷的基礎(chǔ)上還可以對(duì)試件的拉伸端施加疲勞載荷,在彎曲載荷的基礎(chǔ)上在試件的彎曲方向施加疲勞載荷,用于研究不同載荷形式及載荷大小情況下材料的微觀力學(xué)性能。此外,拉伸載荷方向和彎曲載荷方向各使用一個(gè)壓電疊堆進(jìn)行疲勞加載,即拉伸方向和彎曲方向的疲勞加載相互獨(dú)立,使疲勞加載方案選擇多樣性，可開展拉伸試驗(yàn)、四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、拉伸和四點(diǎn)彎曲耦合加載試驗(yàn)、拉伸和拉壓疲勞耦合試驗(yàn)、四點(diǎn)彎曲和彎曲疲勞耦合加載試驗(yàn)、拉伸－拉壓疲勞－四點(diǎn)彎曲耦合加載試驗(yàn)、拉伸－四點(diǎn)彎曲－彎曲疲勞及拉伸－拉壓疲勞－四點(diǎn)彎曲－彎曲疲勞耦合加載試驗(yàn)。

第三、可以在各類成像儀器的觀測(cè)下對(duì)試件進(jìn)行原位拉伸、四點(diǎn)彎曲、疲勞單一以及復(fù)合力學(xué)測(cè)試，對(duì)材料的微觀變形和損傷過程進(jìn)行原位觀察，并通過載荷/位移信號(hào)的同步檢測(cè),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。

第四、本實(shí)用新型對(duì)豐富原位微納米力學(xué)測(cè)試內(nèi)容和促進(jìn)材料力學(xué)性能測(cè)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)前途。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解,構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分,本實(shí)用新型的示意性實(shí)例及其說明用于解釋本實(shí)用新型,并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。

圖1為本實(shí)用新型裝置的整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型裝置的的俯視圖；

圖3是本實(shí)用新型裝置的的右視圖；

圖4是本實(shí)用新型裝置的的主視圖；

圖5是本實(shí)用新型裝置的四點(diǎn)彎曲疲勞單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型裝置試件夾持單元部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型裝置試件夾持單元完整結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.直流伺服電機(jī)Ⅰ；2.電機(jī)法蘭盤Ⅰ；3.彈性聯(lián)軸器Ⅰ；4.軸承支座Ⅰ；5.蝸輪Ⅰ；6.蝸桿Ⅰ；7.固定座Ⅰ；8.位移傳感器支座Ⅰ；9.位移傳感器Ⅰ；10.柔性鉸鏈Ⅱ；11.壓電疊堆Ⅱ；12.直流伺服電機(jī)Ⅱ；13.電機(jī)法蘭盤Ⅱ；14.彈性聯(lián)軸器Ⅱ；15.軸承支座Ⅱ；16.蝸輪Ⅱ；17.蝸桿Ⅱ；18.固定座Ⅱ；19.位移傳感器Ⅱ；20直線導(dǎo)軌滑塊Ⅱ；21.拉伸夾持臺(tái)Ⅰ；22.直線導(dǎo)軌滑塊Ⅰ；23.彎曲模塊底座；24.柔性鉸鏈Ⅰ；25.壓電疊堆Ⅰ；26力傳感器Ⅰ.27.連接塊；28.四點(diǎn)彎曲壓頭；29.試件；30.夾具Ⅰ；31.力傳感器Ⅱ；32.拉伸夾持臺(tái)Ⅱ；33.測(cè)試平臺(tái)基座；34.彎曲模塊支撐座；35.夾具Ⅱ；36.單向滾珠絲杠Ⅱ；37.L型擋板；38.旋緊螺釘。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實(shí)施方式。

參見圖1至圖6所示,本實(shí)用新型的拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置，包括四點(diǎn)彎曲預(yù)載荷加載與檢測(cè)單元、四點(diǎn)彎曲疲勞加載單元、拉伸預(yù)載荷加載與檢測(cè)單元、拉伸疲勞加載單元。

所述的四點(diǎn)彎曲預(yù)載荷加載單元是：直流伺服電機(jī)Ⅰ1通過電機(jī)法蘭盤Ⅰ2與測(cè)試平臺(tái)基座33相連，經(jīng)由蝸輪Ⅰ5、蝸桿Ⅰ6實(shí)現(xiàn)減速、增扭，帶動(dòng)單向滾珠絲杠Ⅱ36將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為彎曲模塊支撐座34的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)四點(diǎn)彎曲測(cè)試壓頭28對(duì)被測(cè)試樣29的準(zhǔn)靜態(tài)加載。所述位移傳感器Ⅱ19安裝在位移傳感器支座Ⅰ8上,用來測(cè)量L型擋板37的位移量，進(jìn)而得出四點(diǎn)彎曲壓頭28的位移量。

參見圖5所示，本實(shí)用新型所述的四點(diǎn)彎曲疲勞加載單元由壓電疊堆I 25、柔性鉸鏈Ⅰ24、力傳感器Ⅰ26和四點(diǎn)彎曲壓頭28組成；其中壓電疊堆I 25安裝于柔性鉸鏈Ⅰ24的凹槽內(nèi),通過預(yù)緊螺釘進(jìn)行預(yù)緊，壓頭28經(jīng)由力傳感器Ⅰ26安裝于柔性鉸鏈Ⅰ24的輸出端處，整個(gè)彎曲疲勞單元與彎曲模塊支撐座34剛性固定，在實(shí)現(xiàn)彎曲疲勞的過程中,通過壓電疊堆I 25驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈Ⅰ24帶動(dòng)力傳感器Ⅰ26和四點(diǎn)彎曲壓頭28輸出微小交變位移,完成彎曲載荷下的低頻疲勞加載。

所述的拉伸預(yù)載荷加載單元是：直流伺服電機(jī)Ⅱ12通過電機(jī)法蘭盤Ⅱ13安裝在測(cè)試平臺(tái)基座33上，通過蝸輪Ⅱ16蝸桿Ⅱ17減速增扭，驅(qū)動(dòng)精密雙向滾珠絲杠并將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為拉伸夾持臺(tái)I、11(21、32)的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件29拉伸加載。在夾具夾具Ⅰ30端安裝有力傳感器Ⅱ31，用于檢測(cè)測(cè)試試件所受的拉力。通過安裝在夾具下方的接觸式位移傳感器Ⅱ19，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)拉伸的位移。

所述的拉伸疲勞加載單元包括：柔性鉸鏈Ⅱ10、壓電疊堆Ⅱ11、夾具Ⅱ35以及位移傳感器Ⅱ19,所述壓電疊堆Ⅱ11安裝在柔性鉸鏈Ⅱ10內(nèi),柔性鉸鏈Ⅱ10固定端通過螺釘固定在拉伸夾持臺(tái)Ⅰ21上,柔性鉸鏈Ⅱ10的活動(dòng)端與夾具Ⅱ35相連,夾具Ⅰ、Ⅱ30、35通過拉伸夾持臺(tái)Ⅰ、Ⅱ21、32安裝在與測(cè)試平臺(tái)基座33固連的直線導(dǎo)軌滑塊Ⅱ20上。在實(shí)現(xiàn)拉伸疲勞的過程中,通過壓電疊堆Ⅱ11驅(qū)使柔性鉸鏈Ⅱ10實(shí)現(xiàn)試件29拉伸方向中低頻往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)疲勞加載。

所述的四點(diǎn)彎曲預(yù)載荷加載與檢測(cè)單元采用四點(diǎn)彎曲壓頭28，可對(duì)材料開展兩端固支四點(diǎn)彎曲測(cè)試和兩端自由四點(diǎn)彎曲力學(xué)性能測(cè)試。

參見圖6所示，本實(shí)用新型所述的夾具I30、夾具Ⅱ35上均通過旋緊螺釘38對(duì)試件29進(jìn)行夾緊；所述試件29上加工有U型槽與旋緊螺釘38相配合實(shí)現(xiàn)試件的定位，然后在試件29上依次放置防滑墊層、上壓板，通過擰緊內(nèi)六角螺栓實(shí)現(xiàn)對(duì)試件29的壓緊，以保證夾持的可靠性。

本實(shí)用新型測(cè)試裝置將拉伸疲勞和四點(diǎn)彎曲疲勞單元集成到一起，可開展拉伸疲勞試驗(yàn)、四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)、拉伸-四點(diǎn)彎曲測(cè)試試驗(yàn)，拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試試驗(yàn)。測(cè)試裝置整體尺寸為247×240×104mm，可置于顯微鏡組件下進(jìn)行原位觀測(cè)。

本實(shí)用新型單一載荷加載模式具體實(shí)現(xiàn)過程如下:純拉伸、純彎曲加載模式:直流伺服電機(jī)經(jīng)由蝸輪蝸桿帶動(dòng)滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為拉伸夾持臺(tái)Ⅰ21、拉伸夾持臺(tái)Ⅱ32、彎曲模塊支撐座34的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的準(zhǔn)靜態(tài)加載。

拉伸疲勞測(cè)試過程：通過上位機(jī)控制拉伸測(cè)試單元對(duì)被測(cè)試件施加預(yù)期的拉應(yīng)力以后，進(jìn)行保載，然后通過上位機(jī)對(duì)壓電疊堆Ⅱ11輸入持續(xù)具有一定頻率的交變電壓，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈Ⅱ10實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試件29拉伸方向的低頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)達(dá)到上位機(jī)輸入的拉伸疲勞次數(shù)自動(dòng)停止，從而實(shí)現(xiàn)拉伸疲勞加載。

彎曲疲勞測(cè)試過程：通過上位機(jī)控制拉伸測(cè)試單元對(duì)被測(cè)試件施加預(yù)期的拉應(yīng)力停止并保載；或者是通過上位機(jī)控制四點(diǎn)彎曲測(cè)試單元對(duì)被測(cè)試件施加預(yù)期的彎曲撓度后停止并保載。通過上位機(jī)給壓電疊堆I 25輸入具有一定頻率持續(xù)交變電壓,使其驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈24帶動(dòng)力傳感器Ⅰ26和壓頭28做高頻低幅的往復(fù)運(yùn)動(dòng),對(duì)被測(cè)試件29施加彎曲疲勞，當(dāng)達(dá)到上位機(jī)輸入的彎曲疲勞的次數(shù)自動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)彎曲疲勞的加載。

實(shí)現(xiàn)拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞復(fù)合的過程,只須將上述拉伸過程與彎曲過程結(jié)合起來,通過上位機(jī)控制軟件控制其所需的加載時(shí)序,即可完成拉彎復(fù)合載荷下的測(cè)試過程。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰?選擇合適的測(cè)量方法,即純拉伸測(cè)試、純四點(diǎn)彎曲測(cè)試、拉伸-疲勞測(cè)試、四點(diǎn)彎曲-疲勞測(cè)試、拉伸-四點(diǎn)彎曲復(fù)合載荷測(cè)試、拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試，并在試件被拉伸/彎曲的基礎(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/彎曲測(cè)試。

具體地：

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行純拉伸加載方法，直流伺服電機(jī)Ⅱ12經(jīng)由蝸輪Ⅱ16、蝸桿Ⅱ17帶動(dòng)精密雙向滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為拉伸夾持臺(tái)Ⅰ21和拉伸夾持臺(tái)Ⅱ32的直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝在拉伸夾持臺(tái)上的夾具Ⅰ30和夾具Ⅱ35，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件29的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行拉伸和拉壓疲勞耦合加載方法，在拉伸載荷加載基礎(chǔ)上，通過壓電疊堆Ⅱ11通入持續(xù)的交變電壓，驅(qū)使柔性鉸鏈Ⅱ10實(shí)現(xiàn)試件29拉伸方向中低頻往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)拉伸和拉壓疲勞加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行純四點(diǎn)彎曲的加載方法，直流伺服電機(jī)Ⅰ1經(jīng)由蝸輪Ⅰ5、蝸桿Ⅰ6帶動(dòng)單向滾珠絲杠Ⅱ36將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為彎曲模塊支撐座34的直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝在彎曲模塊支撐座34上的四點(diǎn)彎曲壓頭28，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件29的準(zhǔn)靜態(tài)彎曲加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行四點(diǎn)彎曲和彎曲疲勞耦合加載方法，在純四點(diǎn)彎曲載荷加載基礎(chǔ)上，通過壓電疊堆I 25在信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)下驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈Ⅰ24帶動(dòng)力傳感器Ⅰ26和四點(diǎn)彎曲壓頭28輸出微小交變位移,完成彎曲載荷下的低頻疲勞加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行拉伸-四點(diǎn)彎曲耦合加載方法，其特征在于，通過上位機(jī)控制軟件同時(shí)驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)Ⅱ12和直流伺服電機(jī)Ⅰ1帶動(dòng)安裝在拉伸夾持臺(tái)上的夾具Ⅰ30和夾具Ⅱ35和安裝在彎曲模塊支撐座34上的四點(diǎn)彎曲壓頭28，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件29的拉伸-四點(diǎn)彎曲耦合加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行拉伸-四點(diǎn)彎曲-彎曲疲勞耦合加載方法，通過上位機(jī)控制軟件驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)Ⅱ12和直流伺服電機(jī)Ⅰ1，帶動(dòng)拉伸夾具Ⅰ30、Ⅱ(35)和四點(diǎn)彎曲壓頭28，同時(shí)壓電疊堆I 25在信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)下輸出微小交變位移，帶動(dòng)彎曲壓頭28做微小位移，實(shí)現(xiàn)拉伸-四點(diǎn)彎曲疲勞加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行拉伸-拉壓疲勞-四點(diǎn)彎曲耦合加載方法，通過上位機(jī)控制軟件驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)Ⅱ12和直流伺服電機(jī)Ⅰ1，帶動(dòng)拉伸夾具Ⅰ30、Ⅱ35和四點(diǎn)彎曲壓頭28，同時(shí)壓電疊堆Ⅱ11在信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)下輸出微小交變位移，帶動(dòng)夾具Ⅱ35做微小位移，實(shí)現(xiàn)拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲加載。

使用所述拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞原位力學(xué)測(cè)試裝置進(jìn)行拉伸-拉壓疲勞-四點(diǎn)彎曲-彎曲疲勞耦合加載方法，通過上位機(jī)控制軟件驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)Ⅱ12和直流伺服電機(jī)Ⅰ1，帶動(dòng)拉伸夾具Ⅰ30、Ⅱ35和四點(diǎn)彎曲壓頭28，同時(shí)壓電疊堆Ⅱ11和壓電疊堆I 25在信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)下輸出微小交變位移，帶動(dòng)夾具Ⅱ35和四點(diǎn)彎曲壓頭28做微小位移，實(shí)現(xiàn)拉伸疲勞-四點(diǎn)彎曲疲勞加載。

因此以所實(shí)用新型的測(cè)試裝置所進(jìn)行的測(cè)試研究主要分析的是材料彈性模量E、屈服強(qiáng)度δ_s、斷后延伸率A等力學(xué)性能參數(shù)。其中,

拉伸彈性模量

屈服強(qiáng)度

斷后延伸率

兩端自由四點(diǎn)彎曲彈性模量

兩端固支四點(diǎn)彎曲彈性模量

其中，σ為材料的應(yīng)力,ε為材料的應(yīng)變,F_eL為下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的材料載荷，S₀為材料截面積F_b為所施加的彎曲載荷，l_s為外支撐端跨距，l為支撐端與壓頭的距離，m為兩壓頭的距離,f為試件中心處的撓度，I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

在測(cè)試的整個(gè)過程中,為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)試件在拉伸/彎曲及交變載荷作用下的裂紋萌生、擴(kuò)展、變形損傷情況,并可同時(shí)記錄圖像，測(cè)試前需要將試件進(jìn)行研磨拋光、金相腐蝕處理,將測(cè)試裝置置于光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)在拉伸、四點(diǎn)彎曲、拉伸-四點(diǎn)彎曲耦合加載、拉伸-疲勞耦合加載、拉伸-疲勞-四點(diǎn)彎曲耦合加載、拉伸-四點(diǎn)彎曲-疲勞耦合加載及拉伸-疲勞-四點(diǎn)彎曲-疲勞耦合加載模式下，對(duì)被測(cè)試材料表面微觀形貌的變化、裂紋的萌生、裂紋的擴(kuò)展及損傷失效過程的演變進(jìn)行原位觀測(cè)。結(jié)合上位機(jī)調(diào)試軟件亦可實(shí)時(shí)獲取表征材料力學(xué)性能加載持久極限、彈性模量等重要力學(xué)性能指標(biāo)。

以上所述僅為本發(fā)實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡對(duì)本實(shí)用新型所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。