改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)，設(shè)置在同步輻射光源的平臺(tái)圓筒形狀的底座之上。所述夾持機(jī)構(gòu)包括試樣夾持單元和塑性變形追加調(diào)整單元。試樣夾持單元沿試驗(yàn)機(jī)底座中軸線豎向布置，分為下夾頭段和上夾頭段兩個(gè)部分。上夾頭段設(shè)置有塑性變形追加調(diào)整單元。本實(shí)用新型比較上一代疲勞試驗(yàn)機(jī)做了進(jìn)一步改進(jìn)，增加系統(tǒng)的緩沖減振以及降噪的性能；在充分保證載荷能夠施加在試樣上，并保證試驗(yàn)機(jī)的整體承載性；塑性變形追加調(diào)整單元可在試樣發(fā)生塑性變形后調(diào)節(jié)其加載的力的大小，相比上一代試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)實(shí)施過程中的細(xì)節(jié)問題上做了更加詳細(xì)的考慮。
【專利說明】
改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)的試樣夾持機(jī)構(gòu)以及安裝與實(shí)驗(yàn)方法。【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期以來，人們就工程結(jié)構(gòu)的疲勞破壞問題開展了大量的研究。一般認(rèn)為，疲勞壽命主要消耗在裂紋萌生與短裂紋擴(kuò)展階段。短裂紋的擴(kuò)展行為宏觀上隨著裂紋長(zhǎng)度增大而發(fā)生變化，微觀上還受到金屬微觀組織和環(huán)境等因素的影響，再加上裂紋閉合以及小裂紋效應(yīng)等問題，使得服役過程中循環(huán)載荷下的短裂紋的擴(kuò)展問題變得十分復(fù)雜。為更好地探究裂紋在擴(kuò)展過程中與微觀組織變化以及宏觀力學(xué)性能的關(guān)系，進(jìn)而為工程零部件的壽命設(shè)計(jì)提供更加可靠的理論依據(jù)，需要通過疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)零部件進(jìn)行試驗(yàn)，獲取材料在外載荷作用下的宏觀定量力學(xué)參數(shù)。原位疲勞試驗(yàn)通過將電子顯微技術(shù)與傳統(tǒng)的材料疲勞測(cè)試技術(shù)有效地結(jié)合，在對(duì)材料試樣進(jìn)行力學(xué)加載和疲勞測(cè)試過程中，分階段的停機(jī)，停機(jī)時(shí)通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上集成的顯微成像系統(tǒng)，對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)變化、微觀變形損傷、進(jìn)行原位成像記錄;宏觀的疲勞力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)和多個(gè)階段的成像記錄結(jié)合，即能反映材料的力學(xué)性能和顯微組織演變規(guī)律，為分析固態(tài)材料的力學(xué)特性和微觀組織演變規(guī)律提供了新的方法。
[0003]現(xiàn)有的原位疲勞試驗(yàn)裝置中，顯微成像系統(tǒng)一般為光學(xué)顯微鏡，由于其分辨率以及放大倍率較低，測(cè)試效果有很大的局限性。近年來，出現(xiàn)了使用掃描電子顯微鏡(SEM)的疲勞試驗(yàn)機(jī)。如:德國(guó)的Kammr a th&We i s s公司開發(fā)的原位拉伸測(cè)試儀器利用伺服伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配合SEM的使用，可以對(duì)金屬材料進(jìn)行原位疲勞測(cè)試。SEM分辨率達(dá)微米級(jí)，能更好的觀察到材料的微觀組織形貌和缺陷。但是，SEM只能得到材料的表面的二維圖像，而不能得到材料的內(nèi)部的三維立體圖像;且其光源亮度低，光信號(hào)檢測(cè)信噪比低，使得測(cè)量精度與檢測(cè)靈敏度有待提尚。
[0004]由西南交大牽引動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室吳圣川老師帶頭率先開發(fā)出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)可用于同步輻射成像的原位觀測(cè)疲勞試驗(yàn)機(jī)，并已初步投入使用。其主要架構(gòu)如中國(guó)專利 CN105334237A所述。但在使用中發(fā)現(xiàn)疲勞試驗(yàn)機(jī)在疲勞試驗(yàn)的過程中，由于產(chǎn)生的振動(dòng)劇烈，并且在試驗(yàn)過程中夾具對(duì)試樣的夾持常常會(huì)因?yàn)閯×业恼駝?dòng)導(dǎo)致松脫。另外，對(duì)試樣發(fā)生塑性變形后無進(jìn)一步的調(diào)節(jié)手段，以致試驗(yàn)無法順利的進(jìn)行下去，基于該實(shí)際情況，非常有必要對(duì)夾具的夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本實(shí)用新型的目的是所改進(jìn)后的可用于同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)試樣夾持機(jī)構(gòu)，使其克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的:一種改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)，設(shè)置在同步輻射光源的平臺(tái)圓筒形狀的底座(3)之上，所述夾持機(jī)構(gòu)包括試樣夾持單元和塑性變形追加調(diào)整單元；
[0007]試樣夾持單元沿試驗(yàn)機(jī)底座中軸線豎向布置，分為下夾頭段和上夾頭段兩個(gè)部分:在下夾頭段，蓋板(12)固定在底座(3)的頂部;從動(dòng)桿(10)的頂端伸出蓋板(12)與下夾具(13)聯(lián)接，從動(dòng)桿(10)與下夾具(13)之間設(shè)置有碟簧(28);上夾頭段由圓筒形的圍罩 (14)支撐，上夾具(21)懸置在下夾具(13)之上，由下往上依次通過法蘭工裝(20)聯(lián)接傳感器(18)和調(diào)壓螺桿一(16);調(diào)壓螺桿一(16)與調(diào)節(jié)圓盤一(17)螺紋聯(lián)接，調(diào)節(jié)圓盤一(17) 的中部開孔并與載荷傳感器(18 )的上端螺紋聯(lián)接，載荷傳感器(18 )的下端與法蘭工裝(20 ) 螺紋聯(lián)接。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的疲勞試驗(yàn)機(jī)在疲勞試驗(yàn)的過程中，能夠使用同步輻射光源直接原位對(duì)準(zhǔn)疲勞試樣進(jìn)行同步輻射成像，進(jìn)而得到材料的內(nèi)部的三維立體圖像;能很好地反映材料的力學(xué)性能和顯微組織的演變規(guī)律。同步輻射光的亮度高，其圖像信噪比高，成像精度與靈敏度高，能更清晰、準(zhǔn)確地反映材料的力學(xué)性能和顯微組織的演變規(guī)律。從而本發(fā)明能為工程零部件的疲勞壽命設(shè)計(jì)提供更加可靠的試驗(yàn)依據(jù)。
[0009]針對(duì)上一代疲勞試驗(yàn)機(jī)做了進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)各個(gè)方面的性能指標(biāo)提出了更高的要求:
[0010]1，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上增加了碟簧(位于下夾具下半部分13b的下方)，增加系統(tǒng)的緩沖減振以及降噪的性能；
[0011]2，取消了上一代的雙重玻璃罩的開合，將圍罩14做成一體，并增加螺釘有機(jī)玻璃罩的上端與下端，充分保證載荷能夠施加在試樣上，并保證試驗(yàn)機(jī)的整體承載性；
[0012]4,對(duì)上下夾具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體的改變，將原有的整體性?shī)A具分別分成了上下兩部分，相比原來的夾具更加便于安裝，夾裝試樣也更加牢固；[〇〇13]5,在試驗(yàn)機(jī)頂蓋部分加裝了塑性變形追加調(diào)整單元，起著調(diào)節(jié)上夾具夾緊以及試樣發(fā)生塑性變形后調(diào)節(jié)其加載的力的大小的作用，相比上一代試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)實(shí)施過程中的細(xì)節(jié)問題上做了更加詳細(xì)的考慮?！靖綀D說明】
[0014]圖1為安裝在同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)時(shí)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為圖2A的局部剖視圖。[〇〇17]圖4為圖2B的局部剖視圖。[〇〇18]圖5為圖2C的局部剖視圖。
[0019]圖中:1為底板，la為底部十字架，2為同步輻射光源平臺(tái)，3為底座，4為推桿，5為伺服電機(jī)，6為凸輪，7為滾動(dòng)軸承，8為連桿，9為彈簧，10為從動(dòng)桿，11為直線軸承，12為蓋板， 13為下夾具，14為圍罩，15為頂蓋，16為調(diào)壓螺桿一，17為調(diào)節(jié)圓盤一，18為載荷傳感器，19 為直線軸承二，20為法蘭工裝，21為上夾具，22為調(diào)節(jié)圓盤二，23為調(diào)壓螺桿二，24為數(shù)據(jù)處理與控制裝置，25為光發(fā)射器，26為光接收器，27為滾動(dòng)軸承軸，28為碟簧，29為卡簧，30為聯(lián)接柱，31為試樣?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例
[0021]圖1、圖2示出，同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)，其組成是:底板1底部的十字架la嵌合在同步輻射光源的平臺(tái)2上，底板1上表面的中部固定有圓筒形狀的底座3;推桿4通過水平的直線軸承一 19安裝在底座3的左壁和右壁上;底板1上表面的左側(cè)安裝有伺服電機(jī)5,伺服電機(jī)5軸上安裝凸輪6;推桿4的左端開孔并裝有滾動(dòng)軸承軸27,軸承軸27裝滾動(dòng)軸承7并與凸輪6的右側(cè)緣接觸，推桿4中部和連桿8下端鉸接，推桿4的右端通過彈簧9聯(lián)接在底座3的右壁上。
[0022]本實(shí)用新型改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)置在同步輻射光源的平臺(tái)圓筒形狀的底座3之上。夾持機(jī)構(gòu)包括試樣夾持單元和塑性變形追加調(diào)整單J L 〇
[0023]試樣夾持單元沿試驗(yàn)機(jī)底座中軸線豎向布置，分為下夾頭段和上夾頭段兩個(gè)部分:在下夾頭段，蓋板12固定在底座3的頂部;從動(dòng)桿10的頂端伸出蓋板12與下夾具13聯(lián)接， 從動(dòng)桿10與下夾具13之間設(shè)置有碟簧28;上夾頭段由圓筒形的圍罩14支撐，上夾具21懸置在下夾具13之上，由下往上依次通過法蘭工裝20聯(lián)接傳感器18和調(diào)壓螺桿一 16;調(diào)壓螺桿一 16與調(diào)節(jié)圓盤一 17螺紋聯(lián)接，調(diào)節(jié)圓盤一 17的中部開孔并與載荷傳感器的上端螺紋聯(lián)接，載荷傳感器18的下端與法蘭工裝20螺紋聯(lián)接。
[0024]上夾頭段設(shè)置有塑性變形追加調(diào)整單元，所述塑性變形追加調(diào)整單元包括調(diào)節(jié)圓盤二22和兩個(gè)追加調(diào)壓螺桿一 16;調(diào)節(jié)圓盤二22通過其上的通孔套置在立于上夾具上的聯(lián)接柱30上，并可沿聯(lián)接柱30上下滑動(dòng)。調(diào)壓螺桿一 16的端部頂在調(diào)節(jié)圓盤二22上。
[0025]這樣，從動(dòng)桿10的頂端伸出蓋板12與下夾具13聯(lián)接，蓋板12的上表面同時(shí)嵌合一個(gè)圓筒形的圍罩14并與蓋板12螺紋聯(lián)接固定，圍罩14的頂部與頂蓋15嵌合并螺紋聯(lián)接，圍罩14 一般差異透明材料制得，在本實(shí)施例中圍罩14采用有機(jī)玻璃。頂蓋15的底面開孔，通過調(diào)壓螺桿一 16與調(diào)節(jié)圓盤一 17螺紋聯(lián)接，調(diào)節(jié)圓盤一 17的中部開孔并與載荷傳感器18的上端螺紋聯(lián)接，載荷傳感器18的下端與法蘭工裝20螺紋聯(lián)接，法蘭工裝20通過聯(lián)接柱兩端的螺紋與上夾具下部分21b聯(lián)接;上夾具上部分21a與調(diào)節(jié)圓盤二22螺紋聯(lián)接，調(diào)節(jié)圓盤二22 通過調(diào)壓螺桿二23a、23b與頂蓋15相聯(lián)接，上夾具21a、21b位于下夾具13的正上方；[〇〇26]伺服電機(jī)5、載荷傳感器18均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置24電聯(lián)接。
[0027]對(duì)原疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)部分為試樣的夾持機(jī)構(gòu)，其組成是:碟簧28安裝在從動(dòng)桿10上端，使其處于壓縮行程內(nèi)，碟簧28上端聯(lián)接下夾具下半部分13b，下夾具下半部分13b 通過螺釘與下夾具上半部分13a聯(lián)接，兩部分之間夾持試樣的下端;試樣的上端夾在上夾具上半部分21a和上夾具下半部分21b之間，上夾具下半部分21b通過兩端帶有螺紋的聯(lián)接柱 30與法蘭工裝20相連，使其成為一體，在上夾具上半部分21a上開有四個(gè)小孔，使得聯(lián)接柱 30能正好穿過而無接觸;上夾具上半部分21a則通過螺紋聯(lián)接與調(diào)節(jié)圓盤二22相固定，調(diào)節(jié)圓盤二22則通過調(diào)壓螺桿二23a、b與頂蓋15相連，頂蓋15上開有小孔，調(diào)壓螺桿二23a、b上相應(yīng)位置開有卡簧槽，并放入卡簧29，卡在頂蓋15上；同時(shí)載荷傳感器上端聯(lián)接有調(diào)節(jié)圓盤一17,調(diào)節(jié)圓盤一17則通過調(diào)壓螺桿一16以卡簧17的形式固定在頂蓋15上。[〇〇28]具體使用時(shí)，采用如下的步驟:
[0029] A、試件的安裝[〇〇3〇]將圍罩14取下，將試樣置于下夾具13正上方，并通過螺釘將下夾具13夾緊試樣，再將圍罩14通過螺紋聯(lián)接安裝于底座3上，然后將試樣上端裝入事先裝配好的上夾具下部分 21a與下部分21b的空隙內(nèi)，并將圍罩14與頂蓋15螺紋聯(lián)接好，將試樣完全罩在由圍罩14圍住的空間內(nèi)，同時(shí)擰動(dòng)調(diào)壓螺桿一 16和調(diào)壓螺桿二23,使得上夾具21完全夾持住試樣，同時(shí)在控制界面上可以看到載荷傳感器采到的力信號(hào)變?yōu)榱悖梢詼?zhǔn)備進(jìn)行試驗(yàn)；[〇〇31] B、原位疲勞試驗(yàn)[〇〇32]數(shù)據(jù)處理與控制裝置24控制電機(jī)5以設(shè)定的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)凸輪6轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過推桿4、連桿8、從動(dòng)桿10帶動(dòng)下夾具13上下往復(fù)移動(dòng)，對(duì)試樣施加豎向往復(fù)的位移載荷；同時(shí)，載荷傳感器18檢測(cè)到試樣承受的載荷信號(hào)，傳遞給數(shù)據(jù)處理與控制裝置；
[0033]當(dāng)往復(fù)豎向位移載荷達(dá)到設(shè)定的成像循環(huán)次數(shù)后，數(shù)據(jù)處理與控制裝置控制電機(jī) 5停止轉(zhuǎn)動(dòng)，再啟動(dòng)同步輻射光源，同步輻射光源的平臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)底板1及底板上的試樣進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，同步輻射光源的光發(fā)射器25發(fā)出的同步輻射光穿透圍罩14,再穿透 360度旋轉(zhuǎn)的試樣后由同步輻射光源的光接收器26接收，完成對(duì)試樣的360度成像;重復(fù)以上操作，直至達(dá)到設(shè)定的完成試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)，設(shè)置在同步輻射光源的 平臺(tái)圓筒形狀的底座(3)之上，其特征在于，所述夾持機(jī)構(gòu)包括試樣夾持單元和塑性變形追 加調(diào)整單元；試樣夾持單元沿試驗(yàn)機(jī)底座中軸線豎向布置，分為下夾頭段和上夾頭段兩個(gè)部分:在 下夾頭段，蓋板(12)固定在底座(3)的頂部;從動(dòng)桿(10)的頂端伸出蓋板(12)與下夾具(13) 聯(lián)接，從動(dòng)桿(10)與下夾具(13)之間設(shè)置有碟簧(28);上夾頭段由圓筒形的圍罩(14)支撐， 上夾具(21)懸置在下夾具(13)之上，由下往上依次通過法蘭工裝(20)聯(lián)接傳感器(18)和調(diào) 壓螺桿一(16);調(diào)壓螺桿一(16)與調(diào)節(jié)圓盤一(17)螺紋聯(lián)接，調(diào)節(jié)圓盤一(17)的中部開孔 并與載荷傳感器(18 )的上端螺紋聯(lián)接，載荷傳感器(18 )的下端與法蘭工裝(20 )螺紋聯(lián)接；上夾頭段設(shè)置有塑性變形追加調(diào)整單元，所述塑性變形追加調(diào)整單元包括調(diào)節(jié)圓盤二 (22)和兩個(gè)追加調(diào)壓螺桿一(16);調(diào)節(jié)圓盤二(22)通過其上的通孔套置在立于上夾具上的 聯(lián)接柱(30)上，并可沿聯(lián)接柱(30)上下滑動(dòng)；調(diào)壓螺桿一(16)的端部頂在調(diào)節(jié)圓盤二(22) 上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)，其特 征在于，所述圍罩(14)的部分或整體采用透明材料制得。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的同步輻射光源原位成像的疲勞試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)，其特 征在于，所述上夾具(21)具有兩個(gè)部分，即上夾具上部分(21a)和上夾具下部分(21b)，上夾 具上部分(21a)通過其上的通孔套置在與上夾具下部分(21b)固聯(lián)的聯(lián)接柱(30)上，上夾具 上部分(21a)可沿聯(lián)接柱(30)上上下滑移;下夾具(13)亦采用同樣的結(jié)構(gòu)，具有下夾具上部 分(13a)和下夾具下部分(13 b)。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK205614527SQ201620322777
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】吳圣川, 張思齊, 張衛(wèi)華
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)