平行盘式材料特性实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可实现基于剪切模式、挤压模式及其复合模式的材料特性检测的平行盘式材料特性实验装置，它包括一组对应的上下平行盘和pc机，由挤压加载电机驱动连接可沿机架导轨上下移动的滑块，固设在滑块下端的由剪切加载电机驱动连接的减速器，减速器的输出轴与所述的上平行盘相固连，所述的下平行盘的下端依次通过扭矩传感器和压力传感器固设在L形机架的底座上；所述的滑块上的直线位移传感器，减速器输出轴上的角位移传感器、扭矩传感器和压力传感器分别通过数据采集卡与pc机通讯连接，挤压加载电机和剪切加载电机分别通过驱动器与pc机控制连接。在该装置上可实现多种材料的剪切模式、挤压模式及复合模式下的稳态与动态的材料特性实验。

【技术实现步骤摘要】
平行盘式材料特性实验装置
本专利技术涉及材料动态力学分析的实验设备，特别是一种可实现基于剪切模式、挤压模式及其复合模式的材料特性实验装置。
技术介绍
在材料特性实验中，根据测试方式不同，材料特性主要有基于剪切模式和基于挤压模式等检测方法。基于剪切模式的测试方法是应用两个同轴旋转的平行盘(或圆筒)，在两盘之间放置被测材料，利用两盘的相对转动使被测弹性体承受剪切力，利用力矩传感器检测传递的力矩，求出剪切应力和相应的剪切速率，进一步求出表观粘度或者储能模量、损耗模量。基于挤压模式的测试方法是利用平行的圆盘做相对的拉开和接近运动，在压力作用下被测物质会有不同程度的压缩变形，测得弹性体的弹性性能。目前国际上针对剪切模式、挤压模式的实验设备多种多样，但多样性只存在于传感器等结构布置以及驱动方式上存在的差异，进行实验的原理几近相同。目前很少有实验设备可以进行挤压和剪切复合工作模式的材料特性实验且受实验装置的局限可进行材料实验的材料范围较小。另外，对于智能材料(磁流变液、磁流变弹性体等)在挤压作用下的流变性能的研究仍处于初级阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为克服目前材料特性实验设备的局限性，提出一种可进行多种材料特性实验的平行盘式材料特性实验装置。可实现弹性材料的挤压实验、稳态与动态的剪切实验以及不同预紧力下的挤压剪切复合实验及磁流变液、磁流变弹性体等智能材料的剪切和挤压工作模式的实验。本专利技术平行盘式材料特性实验装置，包括一组对应的上平行盘、下平行盘和pc机；在一L形机架的上端固设一挤压加载电机，固设在机架的垂向导轨上设置可沿该导轨移动的滑块，挤压加载电机的输出轴通过联轴器及丝杠螺母副与滑块驱动连接；在滑块的下端固设一由剪切加载电机驱动连接的减速器，减速器的输出轴与所述的上平行盘相固连，所述的下平行盘的下端依次通过扭矩传感器和压力传感器固设在L形机架的底座上；在所述的滑块上设有直线位移传感器，在减速器的输出轴上设有角位移传感器；所述的扭矩传感器、压力传感器、直线位移传感器和角位移传感器分别通过数据采集卡与pc机通讯连接，所述的挤压加载电机和剪切加载电机分别通过驱动器与pc机控制连接。还包括嵌置在下平行盘表面上的线性霍尔传感器和分别套置在上平行盘、下平行盘外周的两个分别与直流电源电连接的激磁线圈，线性霍尔传感器通过数据采集卡与pc机通讯连接。所述的上、下平行盘由导磁材料制备。采用本专利技术平行盘式材料特性实验装置可实现以下材料特性实验检测：橡胶、沥青等材料剪切变形下的材料特性；橡胶、沥青等材料挤压变形下的材料特性；橡胶、沥青等材料同时受剪切变形和挤压变形下的材料特性；磁流变液、磁流变弹性体等材料剪切变形下的材料特性；磁流变液、磁流变弹性体等材料挤压变形下的材料特性；磁流变液、磁流变弹性体等同时受剪切变形和挤压变形下的材料特性。本专利技术具有以下突出优点：1)本专利技术平行盘式材料特性实验装置功能多样，有能力实现剪切模式、挤压模式等多种工作模式复合手段下的材料特性实验。2)本专利技术实验适用范围广。既可以满足弹性、粘弹性材料(如橡胶、沥青等)的材料特性研究要求，又有能力进行磁流变液、磁流变弹性体等智能材料的材料特性实验。3)本专利技术实验装置由于激磁线圈、线性霍尔传感器的引入和布置可以满足磁流变液、磁流变弹性体等智能材料的剪切和挤压、拉伸(强磁场环境下)工作模式的研究要求，保证磁感应强度方向始终垂直于上下平行盘的旋转方向，且能够提供的磁感应强度变化范围大、变化准确、迅速。附图说明图1是一种平行盘式材料特性实验装置的主视图；图2是一种平行盘式材料特性实验装置的侧视图；图3是又一种平行盘式材料特性实验装置结构的主视图；图4是图1中所示下平行盘9的局部结构示意图。具体实施方式以下结合附图给出的实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1参照图1和2，一种平行盘式材料特性实验装置，包括一组对应的上平行盘8、下平行盘9和pc机；在一L形机架12的上端固设一挤压加载电机1，固设在机架12的垂向导轨5上设置可沿该导轨移动的滑块4，挤压加载电机1的输出轴通过联轴器2及丝杠螺母副3与滑块4驱动连接；在滑块4的下端固设一由剪切加载电机6驱动连接的减速器7，减速器7的输出轴与所述的上平行盘8相固连，所述的下平行盘9的下端依次通过扭矩传感器10和压力传感器11固设在L形机架12的底座上；在所述的滑块4上设有直线位移传感器13，在减速器7的输出轴上设有角位移传感器14；所述的扭矩传感器10、压力传感器11、直线位移传感器13和角位移传感器14分别通过数据采集卡与pc机通讯连接，所述的挤压加载电机1和剪切加载电机6分别通过驱动器与pc机控制连接。本实验装置的工作原理是：通过挤压加载电机1的驱动，使上平行盘8上下移动实现对放置在上、下平行盘之间的被测材料试样的挤压；通过剪切加载电机6的驱动，使上平行盘8做水平迴转运动实现被测材料试样的剪切，可实现以下材料特性测试。一、挤压模式实验：a.检测直线位移传感器和压力传感器的工作性能，并提前做好传感器的标定工作；b.将被测材料放置在下平行盘上，调整被测材料的姿态；c.驱动挤压加载电机，调整上平行盘高度使其与被测材料保持接触；d.驱动挤压加载电机使上平行盘进一步下降对被测液体进行挤压，可以采用三种不同的激励方式：①以挤压载荷为控制模式，以一定的加载速度对试样进行加载，试样变形量达到预设值时保持一定时间后卸载。②以位移为控制模式，控制主机按照设定程序在短时间内(如5s)挤压试样使其应变达到预设值，其后选取合理的时间步长采集压力传感器信号直至实验结束。③以位移为控制模式，设定控制主机程序使上平行盘以缓慢均匀的加载速度给试样加载一个静位移，以此作为平衡位置施加正弦信号的挤压应变。e.观察实验现象并在控制主机上记录直线位移传感器、压力传感器的电信号变化规律，得到相应材料参数的变化规律。二、剪切模式实验：a.检测直线位移传感器、角位移传感器和扭矩传感器的工作性能，并提前做好传感器的标定工作；b.将被测材料放置在下平行盘上，调整被测材料的姿态，使被测试样的几何中心与上下平行盘的轴线重合；c.驱动挤压加载电机，调整上平行盘高度使其与被测材料接触并施加一定的预紧力，防止剪切过程中出现材料与壁面滑移。驱动剪切加载电机，可以对上平行盘施加不同的激励信号：①以上平行盘的角位移为控制模式，控制主机按照设定程序在短时间内(如5s)剪切试样使其应变达到预设值，其后选取合理的时间步长采集扭矩传感器信号直至实验结束。②以上平行盘的角位移为控制模式，设定控制主机程序使上平行盘对试样施加一个正弦信号的剪切应变。d.观察实验现象并在控制主机上记录直线位移传感器、扭矩传感器、角位移传感器电信号的变化规律；三、挤压剪切复合模式实验：a.检测直线位移传感器、压力传感器、角位移传感器和扭矩传感器的工作性能，并提前做好传感器的标定工作；b.将被测材料放置在下平行盘上，调整被测材料的姿态使被测试样的几何中心与上下平行盘的轴线重合；c.驱动挤压加载电机，调整上平行盘高度使其与被测材料接触。此时驱动挤压加载电机和剪切加载电机，可以对上平行盘施加不同的挤压和剪切激励的组合信号(如挤压工况和剪切工况实验方法所示)，利用上下平行盘的相对运动使得被测材料产生剪切、挤压变形。d.观察材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平行盘式材料特性实验装置，包括一组对应的上平行盘（8）、下平行盘（9）和pc机，其特征在于：在一L形机架（12）的上端固设一挤压加载电机（1），固设在机架（12）的垂向导轨（5）上设置可沿该导轨移动的滑块（4），挤压加载电机（1）的输出轴通过联轴器（2）及丝杠螺母副（3）与滑块（4）驱动连接；在滑块（4）的下端固设一由剪切加载电机（6）驱动连接的减速器（7），减速器（7）的输出轴与所述的上平行盘（8）相固连，所述的下平行盘（9）的下端依次通过扭矩传感器（10）和压力传感器（11）固设在L形机架（12）的底座上；在所述的滑块（4）上设有直线位移传感器（13），在减速器（7）的输出轴上设有角位移传感器（14）；所述的扭矩传感器（10）、压力传感器（11）、直线位移传感器（13）和角位移传感器（14）分别通过数据采集卡与pc机通讯连接，所述的挤压加载电机（1）和剪切加载电机（6）分别通过驱动器与pc机控制连接。

【技术特征摘要】
1.一种平行盘式材料特性实验装置，包括一组对应的上平行盘（8）、下平行盘（9）和pc机，其特征在于：在一L形机架（12）的上端固设一挤压加载电机（1），固设在机架（12）的垂向导轨（5）上设置可沿该导轨移动的滑块（4），挤压加载电机（1）的输出轴通过联轴器（2）及丝杠螺母副（3）与滑块（4）驱动连接；在滑块（4）的下端固设一由剪切加载电机（6）驱动连接的减速器（7），减速器（7）的输出轴与所述的上平行盘（8）相固连，所述的下平行盘（9）的下端依次通过扭矩传感器（10）和压力传感器（11）固设在L形机架（12）的底座上；在所述的滑块（4）上设有直线位移传感器（13），在减速器（7）的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄晔，冯明非，聂士达，王杨，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22