原位三点弯曲测试装置的开发与试验研究

【摘要】随着科学技术的发展，一些与材料相关的新工艺、新理论及新现象层出不穷，进而推动了材料测试技术的发展，原位力学性能测试技术应运而生。它能够实时观测、记录材料在力场作用下的微结构演化过程。原位三点弯曲测试作为原位力学性能测试的一个分支，在获取力-挠度曲线的同时，能够实时观测试件在载荷作用下的微观变形、损伤以及失效过程，这对揭示材料的微观损伤机理具有重大意义。本文通过对国内外原位三点弯曲测试技术的现状进行了系统的分析和研究之后发现，大多数原位三点弯曲试验依赖于商业化的小型弯曲试验装置来实现，且尚未看到针对测试装置的性能以及测试准确性评估的有效方法。此外，现有的原位三点弯曲测试技术尚未涉及能够满足多载荷原位测试的三点弯曲装置。针对原位三点弯曲测试技术的现存问题，本文提出了一种能与激光共聚焦显微镜、超景深显微镜等显微成像组件相互兼容的原位三点弯曲力学性能测试装置，对该测试装置的整体设计方案，结构组成及工作原理进行了详细的阐述。利用Abaqus软件对该装置的关键零件进行有限元分析，从理论上保证设计的合理性。同时开展了对测试装置输出终端的跟随性试验，结果表明传动链对测试结果的影响甚微。论文着重对挠度的测量误差来源进行分析，提出了相应的挠度校准方法；并利用校准后的装置测量了K9玻璃，7075航空铝及紫铜试件的弹性模量，与用商业化的纳米压痕仪测得的结果作对比，误差均在5%以内，从而验证了所提校准方法的正确性与普遍性。论文借助于激光共聚焦显微镜，利用文中所提的原位三点弯曲测试装置开展了针对带有预制缺口紫铜试件的测试试验，原位实时观测了紫铜试件在载荷作用下的微观力学行为。此外，论文还提出了在多载荷原位力学性能测试仪器中，三点弯曲单元的结构设计方案，解决了由于制造或装配误差导致被测试件与压头或支撑头不能良好接触的问题。
【作者】胡晓利；
【导师】任露泉；赵宏伟；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】原位三点弯曲测试；校准方法；弹性模量；微观力学行为；多载荷；

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