本发明专利技术公开了一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置及方法，属于材料力学性能测试仪器领域。由上支撑板、光杆导轨法兰、光杆导轨、精密压入单元、试样定位单元、齿轮组单元、底座支撑柱、底座板、电机组单元、下支撑板、光轴固定座、滚珠丝杆、导线安装板、激光二维传感器、丝杆螺母、压杆传动板、顶部外壳、限位开关、侧边外壳、底部外壳组成。本发明专利技术采用高精度载荷传感器和位移传感器精确测量加卸载曲线，采用高精度试样定位单元配合激光二维传感器，实现对残余压痕轮廓的精确测量，为基于仪器化压入实验反求材料力学性能提供数据支撑。供数据支撑。供数据支撑。
【技术实现步骤摘要】
一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置及方法
[0001]本专利技术属于材料力学性能测试仪器领域，具体涉及一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置及方法。
技术介绍
[0002]仪器化压入测试技术是新近发展的一种材料力学性能测试方法，除传统的硬度指标之外，还可在不破坏材料的前提下测量弹性模量、屈服强度、抗拉强度、残余应力、断裂韧度等力学性能参数。该方法实验过程简便，灵活性高，无需制备特殊构型试样，同时对材料的破坏性较小，近乎无损检测，适用于传统材料力学性能测试方法所不能或不便应用的领域，尤其是对在役结构的力学性能检测等应用领域具有非常明显的优势。
[0003]在进行仪器化压入实验时，通过对球形或锥形的刚性压头施加一定的载荷，将其压入待测试样表面一定深度，然后再逐渐卸载。通过高精度载荷传感器和位移传感器，可以分别记录下压头在加载和卸载整个过程中的载荷和位移随时间的变化关系，即加卸载曲线。目前，研究人员提出了不同的分析方法来从加卸载曲线中获取材料力学性能参数，大体分为经验模型法、有限元反求法与机器学习预测法。经验模型法缺乏扎实的理论支撑，测量精度有限；机器学习预测法必须构建大样本数据库，耗时费力，测量效率偏低。若综合考虑测量精度和测量效率，基于有限元分析技术和优化反求技术而开发的有限元反求法是最佳选择。遗憾的是，仅基于仪器化压入实验获取的加卸载曲线反求材料力学性能时，往往会出现非唯一解的问题，即同一条加卸载曲线对应不同的材料力学性能反求结果。
[0004]为了解决非唯一解问题，需要精确获取除加卸载曲线外的材料压入力学响应，如残余压痕轮廓，并将其引入至有限元反求流程中，建立多目标优化模型，增加反求结果的唯一性。然而，现有的商业化仪器化压入仪器，如韩国FRONTICS公司的AIS系列，国内成都微力特斯科技有限公司的IMTS系列，耐博检测技术(上海)有限公司的IIT系列，以及专利CN201921722682.1、专利CN202011018031.1、专利CN202010399766.7等，均只能测量加卸载曲线，无法实现对残余压痕轮廓信息的有效测量，无法为有限元优化反求提供必要的实验数据，进而导致无法通过仪器化茹实验准确获取材料的力学性能。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在克服解决现有技术的不足，提供一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置及方法，采用高精度载荷传感器和位移传感器精确测量加卸载曲线，采用高精度试样定位单元配合激光二维传感器，实现对残余压痕轮廓的精确测量，为基于仪器化压入实验反求材料力学性能提供数据支撑。
[0006]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置，包括上支撑板1、光杆导轨法兰2、光杆导轨3、精密压入单元4、试样定位单元5、齿轮组单元6、底座支撑柱7、底
座板8、电机组单元9、下支撑板10、光轴固定座11、滚珠丝杆12、导线安装板13、激光二维传感器14、丝杆螺母15、压杆传动板16、顶部外壳17、限位开关18、侧边外壳19、底部外壳20；所述底座支撑柱7的一端固定安装于底座板8上方；所述底座支撑柱7的另一端固定安装于下支撑板10的下方；所述电机组单元9固定安装于底座板8的上方；所述齿轮组单元6固定安装于下支撑板10下方；所述齿轮组单元6与电机组单元9配合安装；所述光轴固定座11固定安装于下支撑板10上方；所述光轴固定座11固定安装于上支撑板1下方；所述光杆导轨3的一端通过光轴固定座11配合安装于下支撑板10；所述光杆导轨3的另一端通过光轴固定座11配合安装于上支撑板1；所述滚珠丝杆12的一端配合安装于齿轮组单元6中；所述滚珠丝杆12的另一端配合安装于上支撑板1中；所述试样定位单元5固定安装于下支撑板10上方；所述光杆导轨法兰2固定安装于压杆传动板16中；所述光杆导轨3通过光杆导轨法兰2配合安装于压杆传动板16中；所述丝杆螺母15固定安装于压杆传动板16中；所述滚珠丝杆12通过丝杆螺母15配合安装于压杆传动板16中；所述精密压入单元4配合安装于压杆传动板16下方；所述导线安装板13固定安装于压杆传动板16下方；所述激光二维传感器14固定安装于导线安装板13中；所述顶部外壳17固定安装于上支撑板1上方；所述侧边外壳19上端固定安装于上支撑板1侧方；所述侧边外壳19下端固定安装于下支撑板10侧方；所述底部外壳20固定安装于底座板8下方；所述限位开关18固定安装于侧边外壳19内侧；
[0008]所述精密压入单元4包括载荷传感器41、压杆封盖42、压杆43、LVDT位移传感器44；所述LVDT位移传感器44配合安装于压杆43中，实现仪器化压入实验中压头位移的检测；所述压杆封盖42配合安装于压杆43上方；所述载荷传感器41配合安装于压杆封盖42上，实现仪器化压入实验中对压头载荷的检测；
[0009]所述试样定位单元5包括步进电机法兰51、滑台52、感应片53、滑台滑块54、滑台主板55、光电开关56、光电开关支架57、滑台尾板58、滑台丝杆59、试样台510、试样511、步进电机512；所述步进电机法兰51固定安装于滑台主板55一端；所述滑台尾板58固定安装于滑台主板55另一端；所述步进电机512固定安装于步进电机法兰51上；所述滑台丝杆59一端配合安装于步进电机512中；所述滑台丝杆59另一端配合安装于滑台尾板58中；所述滑台滑块54配合安装于滑台主板55上；所述滑台52固定安装于滑台滑块54上；所述滑台丝杆59配合安装于滑台52中；所述试样台510固定安装于滑台52上方；所述试样511放置于试样台510上方；所述光电开关支架57固定安装于滑台主板55侧方；所述光电开关56固定安装于光电开关支架57上；所述感应片53固定安装于滑台52侧方，实现光电开关56对滑台52的定位检测；
[0010]所述齿轮组单元6包括同步带61、辅助轮轴承杆62、主动齿轮63、轴承座64、沉头螺钉65、轴承座固定端66、从动齿轮67、锁紧螺母68、辅助轮69；所述轴承座固定端66通过沉头螺钉65固定安装于下支撑板10上；所述轴承座固定端66与从动齿轮67通过滚珠丝杆12配合安装于同一轴上，实现滚珠丝杆12的传动；所述轴承座64通过沉头螺钉65固定安装于下支撑板10上；所述辅助轮轴承杆62一端配合安装于轴承座64上；所述辅助轮69通过锁紧螺母68配合安装于辅助轮轴承杆62上，实现辅助轮69的固定；所述主动齿轮63配合安装于电机组单元9的直角减速器91上，实现主动齿轮63的传动；所述同步带61的履痕面配合安装于主动齿轮63和从动齿轮67上，实现齿轮之间的传动；所述辅助轮69紧压于同步带61的平滑面上，实现同步带61与主动齿轮63和从动齿轮67的充分啮合；
[0011]所述电机组单元9包括直角减速器91、伺服电机92；所述伺服电机92配合安装于直
角减速器91上，实现伺服电机92对齿轮组单元6的传动控制；
[0012]所述上支撑板1、下支撑板8、底座板10和压杆传动板16本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置，其特征在于，包括上支撑板(1)、光杆导轨法兰(2)、光杆导轨(3)、精密压入单元(4)、试样定位单元(5)、齿轮组单元(6)、底座支撑柱(7)、底座板(8)、电机组单元(9)、下支撑板(10)、光轴固定座(11)、滚珠丝杆(12)、导线安装板(13)、激光二维传感器(14)、丝杆螺母(15)、压杆传动板(16)、顶部外壳(17)、限位开关(18)、侧边外壳(19)、底部外壳(20)；所述底座支撑柱(7)的一端固定安装于底座板(8)上方；所述底座支撑柱(7)的另一端固定安装于下支撑板(10)的下方；所述电机组单元(9)固定安装于底座板(8)的上方；所述齿轮组单元(6)固定安装于下支撑板(10)下方；所述齿轮组单元(6)与电机组单元(9)配合安装；所述光轴固定座(11)固定安装于下支撑板(10)上方；所述光轴固定座(11)固定安装于上支撑板(1)下方；所述光杆导轨(3)的一端通过光轴固定座(11)配合安装于下支撑板(10)；所述光杆导轨(3)的另一端通过光轴固定座(11)配合安装于上支撑板(1)；所述滚珠丝杆(12)的一端配合安装于齿轮组单元(6)中；所述滚珠丝杆(12)的另一端配合安装于上支撑板(1)中；所述试样定位单元(5)固定安装于下支撑板(10)上方；所述光杆导轨法兰(2)固定安装于压杆传动板(16)中；所述光杆导轨(3)通过光杆导轨法兰(2)配合安装于压杆传动板(16)中；所述丝杆螺母(15)固定安装于压杆传动板(16)中；所述滚珠丝杆(12)通过丝杆螺母(15)配合安装于压杆传动板(16)中；所述精密压入单元(4)配合安装于压杆传动板(16)下方；所述导线安装板(13)固定安装于压杆传动板(16)下方；所述激光二维传感器(14)固定安装于导线安装板(13)中；所述顶部外壳(17)固定安装于上支撑板(1)上方；所述侧边外壳(19)上端固定安装于上支撑板(1)侧方；所述侧边外壳(19)下端固定安装于下支撑板(10)侧方；所述底部外壳(20)固定安装于底座板(8)下方；所述限位开关(18)固定安装于侧边外壳(19)内侧。2.根据权利要求1所述的一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置，其特征在于，所述精密压入单元(4)包括载荷传感器(41)、压杆封盖(42)、压杆(43)、LVDT位移传感器(44)；所述LVDT位移传感器(44)配合安装于压杆(43)中，实现仪器化压入实验中压头位移的检测；所述压杆封盖(42)配合安装于压杆(43)上方；所述载荷传感器(41)配合安装于压杆封盖(42)上，实现仪器化压入实验中对压头载荷的检测。3.根据权利要求1所述的一种兼顾加卸载曲线和残余压痕轮廓测量的仪器化压入装置，其特征在于，所述齿轮组单元(6)包括同步带(61)、辅...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊甫，林士凯，陈富宇，孙博，章陈康平，卫国英，王疆瑛，张景基，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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