本文關鍵詞：微觀力學性能原位剪切測試裝置的設計與試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學》 2014年

微觀力學性能原位剪切測試裝置的設計與試驗研究

白美林  

【摘要】：隨著科學技術的發(fā)展進步，在材料學領域不斷涌現出各種新材料、新技術、新工藝。微納米材料、有機高分子合成材料、無機非金屬合成材料等被廣泛的應用于各種不同的領域中，特別是在航空航天領域。在材料力學測試的諸多力學性能參數中，彈性模量、屈服極限、強度極限、伸長率和切變模量等參數是最主要的測試對象，針對上述材料的性能參數有很多種測試方法，如拉伸/壓縮法、彎曲法、扭轉法、鼓膜法和納米壓痕法等，，其中原位拉伸/壓縮測試方法最能全面的體現材料的力學性能，可以通過實時的應力—應變曲線比較直觀的分析出材料的彈性模量、斷裂極限等力學性能。而對于剪切力學性能測試裝置的研究與開發(fā)，材料承受純剪切、簡單剪切的研究更少。在材料的使用過程中，剪切受力的情況幾乎會出現在任何一種機械中，如使用螺栓連接兩塊材料、在軸孔配合時使用的鍵連接等，螺栓和鍵都起著關鍵性的作用，傳遞著力，因此有必要開發(fā)一種裝置，對材料的剪切力學性能進行測試。通過實驗，對一些新材料進行剪切力學性能測試，研究其剪切力學特性，在應用中選擇更為合適的材料承受剪切力，不但能充分利用材料的優(yōu)勢，更能節(jié)省成本，防止材料在應用中發(fā)生破壞造成一些事故或者沒必要的損失。論文對材料力學性能原位測試技術發(fā)展現狀進行了綜合分析，在此基礎上設計出了一種測試材料剪切力的測試裝置。 論文對國內外力學性能測試技術進行了綜合分析，在此基礎上提出了剪切力學性能測試裝置的總體設計方案，對測試裝置的工作原理進行了分析，其工作模塊主要包括精密的驅動單元、精密的傳動單元、信號檢測單元、執(zhí)行單元以及實驗過程中的觀測方式，對各個執(zhí)行單元的工作原理進行了分析，對機構整體進行了有限元仿真分析和結構優(yōu)化。本測試裝置使用的是阿爾泰的數據采集卡，型號為USB2817，模擬量采集采用單端模擬量輸入連接方式，通過這種連接方式對處理之后的位移傳感器和力傳感器的放大信號進行采集，利用與阿爾泰USB2817數據采集卡配套使用的軟件實現所采集信號的實時顯示，獲得測試過程中試件變形量以及加載載荷值。由計算機通過串口對電機驅動器發(fā)送代碼，通過這些定義過的代碼就可以實現電機的加速、減速以及勻速運轉，得到測試所需要的各種加載模式。 通過對國內外顯微成像技術的應用與分析，得出了對于材料力學性能的原位測試，可以利用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡等進行測試。利用一定的觀測設備進行原位測試中，可以實時的觀測到材料的破壞機理，與常規(guī)的觀測方法相比，原位測試能更進一步判定材料的性能與強度。在本測試裝置中通過使用顯微成像儀器光學數碼顯微鏡，可以實現材料在載荷作用下的實時的微觀結構觀測和剪切力學性能測試，將材料在測試過程中的微觀結構變化與得到的剪切力學性能曲線結合起來，然后進行分析，有助于對材料微觀機理的進一步研究。 在本套設備還選用了不同種材料、不同尺寸的試件進行多次剪切測試，將得到的結果與材料自身相關的參數進行對比。實驗結果表明，本測試裝置可以進行材料剪切力學性能測試，并且性能穩(wěn)定，同時借助特定的成像設備光學數碼顯微鏡進行剪切過程中的微觀結構變化的研究，材料的剪切力學性能分析提供借鑒。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH87
【目錄】：

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