一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，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)計提供更加可靠的理論依據(jù)，需要通過疲勞試驗機(jī)對零部件進(jìn)行試驗，獲取材料在外載荷作用下的宏觀定量力學(xué)參數(shù)。原位疲勞試驗通過將電子顯微技術(shù)與傳統(tǒng)的材料疲勞測試技術(shù)有效地結(jié)合，在對材料試樣進(jìn)行力學(xué)加載和疲勞測試過程中，分階段的停機(jī)，停機(jī)時通過實驗平臺上集成的顯微成像系統(tǒng)，對材料組織結(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)測試數(shù)據(jù)和多個階段的成像記錄結(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)的疲勞試驗機(jī)。如:德國的Kammr a th&W e i s s公司開發(fā)的原位拉伸測試儀器利用伺服伺服電機(jī)驅(qū)動，配合SEM的使用，可以對金屬材料進(jìn)行原位疲勞測試。SEM分辨率達(dá)微米級，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，光信號檢測信噪比低，使得測量精度與檢測靈敏度有待提尚。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置，該疲勞試驗裝置在疲勞試驗的過程中，能夠使用同步輻射光源直接原位對準(zhǔn)疲勞試樣進(jìn)行同步輻射成像，得到材料的內(nèi)部的三維立體圖像;其圖像信噪比高，成像精度與靈敏度高；進(jìn)而能更清晰、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，為工程零部件的壽命設(shè)計提供更加可靠的試驗依據(jù)。
[0005]本實用新型實現(xiàn)其目的所采用的技術(shù)方案為，一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是:
[0006]底板底部的十字架嵌合在同步輻射光源的平臺上，底板上表面的中部固定有圓環(huán)狀的底座;推桿通過水平的直線軸承一安裝在底座的左壁和右壁上;底板上表面的左側(cè)安裝有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)軸上安裝凸輪;推桿的左端伸出底座與凸輪的右側(cè)緣接觸，推桿中部和連桿下端絞接，推桿的右端通過彈簧連接在底座的右壁上；
[0007]連桿的上端與從動桿的底端絞接，從動桿則通過豎直的直線軸承二安裝在底座的蓋板上，蓋板螺紋固定在底座的頂部；
[0008]從動桿的頂端伸出蓋板與下夾具連接，蓋板的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃內(nèi)罩和一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃外罩，有機(jī)玻璃內(nèi)罩及有機(jī)玻璃外罩的頂部與頂蓋嵌合連接，頂蓋的底面中部連接載荷傳感器的上端，載荷傳感器的下端與上夾具連接;上夾具位于下夾具的正上方；
[0009]伺服電機(jī)、載荷傳感器均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置電連接。
[0010]本實用新型的疲勞試驗裝置的使用方法和工作過程是:
[0011]A、試件的安裝
[0012]移動有機(jī)玻璃內(nèi)罩和有機(jī)玻璃外罩使二者重合，通過有機(jī)玻璃內(nèi)罩和有機(jī)玻璃外罩沒有罩住的部位，將試樣置于下夾具正上方，并將試樣上端夾持于上夾具上，再將試樣下端夾持在下夾具上;重新移動有機(jī)玻璃內(nèi)罩和有機(jī)玻璃外罩，使二者不再重合，將試樣罩在由有機(jī)玻璃內(nèi)罩和有機(jī)玻璃外罩圍住的空間內(nèi)；
[0013]B、原位疲勞試驗
[0014]數(shù)據(jù)處理與控制裝置控制電機(jī)以設(shè)定的頻率轉(zhuǎn)動，帶動凸輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過推桿、連桿、從動桿帶動下夾具上下往復(fù)移動，對試樣施加豎向往復(fù)的位移載荷；
[0015]同時，載荷傳感器檢測到試樣承受的載荷信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理與控制裝置；
[0016]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)停止轉(zhuǎn)動，再啟動同步輻射光源，同步輻射光源的平臺旋轉(zhuǎn)，帶動底板及底板上的試樣進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；同時，同步輻射光源的光發(fā)射器發(fā)出的同步輻射光穿透有機(jī)玻璃內(nèi)罩或有機(jī)玻璃外罩，再穿透360度旋轉(zhuǎn)的試樣后由同步輻射光源的光接收器接收，完成對試樣的360度成像；
[0017]重復(fù)以上操作，直至達(dá)到設(shè)定的完成試驗的循環(huán)次數(shù)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型的疲勞試驗裝置在疲勞試驗的過程中，能夠使用同步輻射光源直接原位對準(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。從而本實用新型能為工程零部件的疲勞壽命設(shè)計提供更加可靠的試驗依據(jù)。
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為圖1的A-A剖面圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例
[0024]圖1、圖2示出，本實用新型的一種【具體實施方式】是，一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是:
[0025]底板I底部的十字架Ia嵌合在同步輻射光源的平臺2上，底板I上表面的中部固定有圓環(huán)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I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的左端伸出底座3與凸輪6的右側(cè)緣接觸，推桿4中部和連桿7下端絞接，推桿4的右端通過彈簧8連接在底座3的右壁上；
[0026]連桿7的上端與從動桿9的底端絞接，從動桿9則通過豎直的直線軸承二10安裝在底座3的蓋板11上，蓋板11螺紋固定在底座3的頂部；
[0027]從動桿9的頂端伸出蓋板11與下夾具12連接，蓋板11的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a和一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃外罩13b，有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a及有機(jī)玻璃外罩13b的頂部與頂蓋14嵌合連接，頂蓋14的底面中部連接載荷傳感器15的上端，載荷傳感器15的下端與上夾具16連接;上夾具16位于下夾具12的正上方；
[0028]伺服電機(jī)5、載荷傳感器15均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置20電連接。
[0029]本例的疲勞試驗裝置進(jìn)行原位疲勞試驗的使用方法如下:
[0030]A、試件的安裝
[0031]移動有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a和有機(jī)玻璃外罩13b使二者重合，通過有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a和有機(jī)玻璃外罩13b沒有罩住的部位，將試樣置于下夾具12正上方，并將試樣上端夾持于上夾具16上，再將試樣下端夾持在下夾具12上;重新移動有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a和有機(jī)玻璃外罩13b，使二者不再重合，將試樣罩在由有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a和有機(jī)玻璃外罩13b圍住的空間內(nèi)；
[0032]B、原位疲勞試驗
[0033]數(shù)據(jù)處理與控制裝置20控制電機(jī)5以設(shè)定的頻率轉(zhuǎn)動，帶動凸輪6轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過推桿4、連桿7、從動桿9帶動下夾具12上下往復(fù)移動，對試樣施加豎向往復(fù)的位移載荷；
[0034]同時，載荷傳感器15檢測到試樣承受的載荷信號，傳遞給數(shù)據(jù)處理與控制裝置；
[0035]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，再啟動同步輻射光源，同步輻射光源的平臺2旋轉(zhuǎn)，帶動底板I及底板上的試樣進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；同時，同步輻射光源的光發(fā)射器17發(fā)出的同步輻射光穿透有機(jī)玻璃內(nèi)罩13a或有機(jī)玻璃外罩13b，再穿透360度旋轉(zhuǎn)的試樣后由同步輻射光源的光接收器18接收，完成對試樣的360度成像；
[0036]重復(fù)以上操作，直至達(dá)到設(shè)定的完成試驗的循環(huán)次數(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是: 底板(I)底部的十字架(Ia)嵌合在同步輻射光源的平臺(2)上，底板(I)上表面的中部固定有圓環(huán)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(I)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)的左端伸出底座(3)與凸輪(6)的右側(cè)緣接觸，推桿(4)中部和連桿(7)下端絞接，推桿(4)的右端通過彈簧(8)連接在底座(3)的右壁上； 連桿(7)的上端與從動桿(9)的底端絞接，從動桿(9)則通過豎直的直線軸承二(10)安裝在底座(3)的蓋板(11)上，蓋板(11)螺紋固定在底座(3)的頂部； 從動桿(9)的頂端伸出蓋板(11)與下夾具(12)連接，蓋板(11)的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃內(nèi)罩(13a)和一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃外罩(13b)，有機(jī)玻璃內(nèi)罩(13a)及有機(jī)玻璃外罩(13b)的頂部與頂蓋(14)嵌合連接，頂蓋(14)的底面中部連接載荷傳感器(15)的上端，載荷傳感器(15)的下端與上夾具(16)連接;上夾具(16)位于下夾具(12)的正上方； 伺服電機(jī)(5)、載荷傳感器(15)均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置(20)電連接。
【專利摘要】一種可用同步輻射光源進(jìn)行原位成像的疲勞試驗裝置，其組成是：底板底部的十字架嵌合在同步輻射光源的平臺上，底板的伺服電機(jī)通過凸輪連桿機(jī)構(gòu)與底板的底座上的下夾具下端連接；底座的蓋板的上表面同時活動嵌合一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃內(nèi)罩和一個半圓環(huán)的有機(jī)玻璃外罩，有機(jī)玻璃內(nèi)罩及有機(jī)玻璃外罩的頂部與頂蓋嵌合連接，頂蓋的底面中部連接載荷傳感器的上端，載荷傳感器的下端與上夾具連接；上夾具位于下夾具的正上方；伺服電機(jī)、載荷傳感器均與數(shù)據(jù)處理與控制裝置電連接。該試驗裝置在疲勞試驗的過程中，能對準(zhǔn)疲勞試樣進(jìn)行同步輻射成像，得到材料的內(nèi)部的三維立體圖像；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。
【IPC分類】G01N23/04
【公開號】CN205175932
【申請?zhí)枴緾N201520892731
【發(fā)明人】吳圣川, 張思齊
【申請人】西南交通大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月10日