本文關(guān)鍵詞：微觀力學(xué)性能原位剪切測試裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2014年

微觀力學(xué)性能原位剪切測試裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

白美林  

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，在材料學(xué)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出各種新材料、新技術(shù)、新工藝。微納米材料、有機(jī)高分子合成材料、無機(jī)非金屬合成材料等被廣泛的應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域中，特別是在航空航天領(lǐng)域。在材料力學(xué)測試的諸多力學(xué)性能參數(shù)中，彈性模量、屈服極限、強(qiáng)度極限、伸長率和切變模量等參數(shù)是最主要的測試對象，針對上述材料的性能參數(shù)有很多種測試方法，如拉伸/壓縮法、彎曲法、扭轉(zhuǎn)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(xiàn)材料的力學(xué)性能，可以通過實(shí)時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)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(xué)性能。而對于剪切力學(xué)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(huì)出現(xiàn)在任何一種機(jī)械中，如使用螺栓連接兩塊材料、在軸孔配合時(shí)使用的鍵連接等，螺栓和鍵都起著關(guān)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(xué)性能進(jìn)行測試。通過實(shí)驗(yàn)，對一些新材料進(jìn)行剪切力學(xué)性能測試，研究其剪切力學(xué)特性，在應(yīng)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(yīng)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(xué)性能原位測試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種測試材料剪切力的測試裝置。 論文對國內(nèi)外力學(xué)性能測試技術(shù)進(jìn)行了綜合分析，在此基礎(chǔ)上提出了剪切力學(xué)性能測試裝置的總體設(shè)計(jì)方案，對測試裝置的工作原理進(jìn)行了分析，其工作模塊主要包括精密的驅(qū)動(dòng)單元、精密的傳動(dòng)單元、信號(hào)檢測單元、執(zhí)行單元以及實(shí)驗(yàn)過程中的觀測方式，對各個(gè)執(zhí)行單元的工作原理進(jìn)行了分析，對機(jī)構(gòu)整體進(jìn)行了有限元仿真分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本測試裝置使用的是阿爾泰的數(shù)據(jù)采集卡，型號(hào)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(hào)進(jìn)行采集，利用與阿爾泰USB2817數(shù)據(jù)采集卡配套使用的軟件實(shí)現(xiàn)所采集信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示，獲得測試過程中試件變形量以及加載載荷值。由計(jì)算機(jī)通過串口對電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送代碼，通過這些定義過的代碼就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速、減速以及勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，得到測試所需要的各種加載模式。 通過對國內(nèi)外顯微成像技術(shù)的應(yīng)用與分析，得出了對于材料力學(xué)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(jìn)行測試。利用一定的觀測設(shè)備進(jìn)行原位測試中，可以實(shí)時(shí)的觀測到材料的破壞機(jī)理，與常規(guī)的觀測方法相比，原位測試能更進(jìn)一步判定材料的性能與強(qiáng)度。在本測試裝置中通過使用顯微成像儀器光學(xué)數(shù)碼顯微鏡，可以實(shí)現(xiàn)材料在載荷作用下的實(shí)時(shí)的微觀結(jié)構(gòu)觀測和剪切力學(xué)性能測試，將材料在測試過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化與得到的剪切力學(xué)性能曲線結(jié)合起來，然后進(jìn)行分析，有助于對材料微觀機(jī)理的進(jìn)一步研究。 在本套設(shè)備還選用了不同種材料、不同尺寸的試件進(jìn)行多次剪切測試，將得到的結(jié)果與材料自身相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本測試裝置可以進(jìn)行材料剪切力學(xué)性能測試，并且性能穩(wěn)定，同時(shí)借助特定的成像設(shè)備光學(xué)數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行剪切過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化的研究，材料的剪切力學(xué)性能分析提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH87
【目錄】：

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