1.一種高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:整體結(jié)構(gòu)采用臥式布置,包括驅(qū)動單元、傳動單元、拉伸單元及檢測單元、十字形試件的夾持單元以及高溫加載單元,其中驅(qū)動單元采用一個交流伺服電機(8),通過蝸輪(25)、蝸桿(23)減速增扭后進行驅(qū)動,從而保證X、Y軸加載的同步性;傳動單元采用三個相互正交的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(20、27、28)進行動力的傳遞,從而實現(xiàn)單電機驅(qū)動下X軸、Y軸的雙向動力傳遞;拉伸單元及檢測單元設(shè)置在高溫加載單元的高溫加熱爐(4)外部,防止高溫對整個測試儀器造成的損傷并減小溫度變化對于檢測單元的影響;拉伸單元通過絲杠螺母副將交流伺服電機(8)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母基座Ⅱ(16)的直線運動,檢測單元采用拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ以及直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ進行力和位移的測量;十字形試件的夾持單元螺紋連接到螺母基座Ⅱ(16)上,螺母基座Ⅱ(16)通過滑塊Ⅱ(17)固連在直線導(dǎo)軌Ⅱ(15)上,從而使十字形試件的夾持單元以及拉伸單元整體沿直線導(dǎo)軌Ⅱ運動,實現(xiàn)力的加載;高溫加載單元的高溫加熱爐(4)通過螺紋連接的方式固定在儀器的底板(10)上;原位觀測顯微鏡置于高溫加載單元的正上方,通過高溫加載單元的光學(xué)視窗對被測樣品的力學(xué)行為和損傷機制進行動態(tài)原位觀測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:所述的驅(qū)動單元采用一個交流伺服電機(8)提供驅(qū)動動力,經(jīng)過蝸輪(25)、蝸桿(23)減速增扭后,將動力傳遞到X向絲杠Ⅰ(22)上,之后通過絲杠螺母副對試件施加載荷;其中,交流伺服電機(8)通過電機支座(24)固定在底板(10)上,蝸桿(23)安裝到交流伺服電機(8)的輸出軸上;蝸輪(25)通過鍵連接固定在X向絲杠Ⅰ(22)上,從而將交流伺服電機輸出的動力進行減速增扭,最后通過絲杠螺母副將交流伺服電機(8)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽富颍?6)的直線運動,所述螺母基座Ⅱ(16)通過滑塊Ⅱ(17)安裝到直線導(dǎo)軌Ⅱ(15)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:所述的傳動單元采用三個相互正交的的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(20、27、28)進行動力的傳遞,具體包括:兩個旋向相反的X向絲杠Ⅰ、Ⅱ(22、32),兩個旋向相同的Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ(19、26),三個相互正交的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(20、27、28),爪牙式離合器(31),其中,所述X向絲杠Ⅱ(32)通過軸承支座Ⅲ(33)安裝到儀器底板上,在X向絲杠Ⅱ(32)上布置一個帶有爪牙式結(jié)構(gòu)的錐齒輪Ⅲ(28),其通過滾針軸承(39)空套在X向絲杠Ⅱ(32)上,所述爪牙式離合器(31)通過平鍵(38)固連在X向絲杠Ⅱ(32)上,通過擺動爪牙式離合器(31)上的滑動手柄(30),實現(xiàn)爪牙式離合器(31)與帶爪牙式結(jié)構(gòu)的錐齒輪Ⅲ(28)的嚙合與否,從而實現(xiàn)單軸或者雙軸同步拉伸的功能,滑動手柄(30)通過銷(37)連接到爪牙式離合器(31)上;所述X向絲杠Ⅱ(32)通過套筒式聯(lián)軸器(40)與X向絲杠Ⅰ(22)連接,所述Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ(19、26)上對稱布置兩個完全相同的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ(20、27),所述錐齒輪Ⅰ、Ⅱ(20、27)通過軸肩和鎖緊螺母進行定位以及鎖緊;所述X向絲杠Ⅰ、Ⅱ(22、32)、Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ(19、26)通過軸承支座Ⅰ、Ⅱ(18、21)連接到底板(10)上;動力通過X向絲杠Ⅰ(22)輸入,經(jīng)過套筒式聯(lián)軸器(40)傳遞給X向絲杠Ⅱ(32),通過錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(20、27、28)傳動傳遞給Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ(19、26),從而實現(xiàn)單電機驅(qū)動下的雙軸同步拉伸功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:所述的拉伸單元及檢測單元包括拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ(2、14),直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(7、9、29、34),螺母基座Ⅰ、Ⅱ(1、16)以及夾具體支座Ⅰ、Ⅱ(3、13),其中,所述拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ(2、14)一端固連在螺母基座Ⅰ、Ⅱ(1、16)上,另一端固連在夾具體支座Ⅰ、Ⅱ(3、13)上;所述螺母基座Ⅱ(16)以及夾具體支座Ⅱ(13)分別通過滑塊Ⅰ、Ⅱ(12、17)安裝到直線導(dǎo)軌Ⅰ、Ⅱ(6、15)上,螺母基座Ⅱ(16)通過拉力傳感器Ⅱ(14)帶動夾具體支座Ⅱ(13)運動,從而實現(xiàn)拉伸力的測量;所述直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(7、9、29、34)布置在高溫加載單元的高溫加熱爐(4)的四周;直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(7、9、29、34)的光柵尺固定在底板(10)上,讀數(shù)頭通過螺紋固定連接在夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(3、13、5)上,通過測量夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的位移間接測量試件的變形量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:所述的十字形試件的夾持單元由四對完全相同的上、下夾具體組成,其中,下夾具體(11)通過螺紋固連在夾具體支座Ⅱ(13)上,并且將夾具體支座Ⅱ(13)的平面作為下夾具體(11)的定位基面進行精加工;所述下夾具體(11)加工有菱形凹槽,從而實現(xiàn)十字形試件的定位,防止在上夾具體鎖緊過程中試件發(fā)生竄動而影響試件的對中性;所述上夾具體(35)通過螺紋連接將十字形試件(36)壓在下夾具體(11)上,所述上夾具體(35)具有菱形外凸式結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)試件的夾緊,避免了拉伸過程中出現(xiàn)試件以及夾具體的相對滑動;上、下夾具體(35、11)和十字形試件(36)夾持位置均進行滾花處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:所述的下夾具體(11)和夾具體支座Ⅱ(13)之間貼有TDD真空多層保溫材料以減少熱傳導(dǎo),此外夾具體支座Ⅱ(13)通過循環(huán)水冷的方式避免溫度的升高,從而使儀器整體處于常溫下運行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試儀器,其特征在于:所述的高溫加載單元采用高溫加熱爐(4),加熱溫度可達1600℃,所述高溫加熱爐(4)與底板(10)螺紋固定連接;高溫加熱爐(4)的加熱元件安裝在加熱腔底部以及四周,陶瓷纖維板安裝在高溫加熱爐內(nèi)壁以及底部和頂部,在高溫加熱爐(4)頂部配有石英玻璃光學(xué)視窗,與光學(xué)顯微鏡配合可以從試件正上方對其變形損傷機制實施原位觀測。
8.一種高溫雙軸同步拉伸力學(xué)性能測試方法,其特征在于:具體步驟如下:
a. 在每次實驗開始之前,首先檢查夾具體是否在零位,記錄夾具體零點的絕對位置,從而使夾具體每次實驗之后都可以精準的回到零點,便于十字形試件的裝夾;
b. 將十字形試件放入下夾具體的凹槽之中,夾緊,并且將拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ和直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的示數(shù)全部清零;
c. 進行高溫加載:首先,打開水冷系統(tǒng),對于夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以及高溫箱外側(cè)進行循環(huán)水冷;之后設(shè)定高溫加載溫度,進行溫度加載;在高溫加載過程中,為了減少高溫變形對于實驗結(jié)果的影響,通過力保持模式,使高溫加載過程中,拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ的示數(shù)始終為零;
d. 高溫加載結(jié)束之后,根據(jù)不同的實驗?zāi)康?,可以實現(xiàn)高溫下單軸拉伸,雙軸拉伸多種不同實驗條件下的拉伸實驗;
e. 如果實驗過程中需要進行原位觀測,首先需要通過電機驅(qū)動調(diào)整顯微鏡鏡頭的高度,從而使顯微鏡清晰成像;試件也需要進行拋光腐蝕處理,以便實時動態(tài)觀測材料在高溫拉伸復(fù)合加載條件下的失效機制。