專利名稱：高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法，具體涉及高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件和微結(jié)構(gòu)尺寸通常在毫米和微米量級(jí)甚至更小，微尺度機(jī)構(gòu)材料的基礎(chǔ)力學(xué)性能參數(shù)如楊氏模量、拉伸強(qiáng)度、屈服極限和泊松比等，對(duì)于提高M(jìn)EMS器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和評(píng)價(jià)器件的壽命是必不可少的。然而，對(duì)于金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試時(shí)，存在著式樣對(duì)中、夾持、應(yīng)變測(cè)量、樣式固定等幾個(gè)方面的難點(diǎn)。為了提高對(duì)高強(qiáng)度難成形材料進(jìn)行高精度加工的能力，很多場(chǎng)合下可以利用振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)特定的加工工藝要求，或者降低能耗。在金屬箔板的拉伸過程中，高頻振動(dòng)會(huì)對(duì)材料內(nèi)部和外部接觸面的摩擦力產(chǎn)生影響。高頻振動(dòng)的振幅和頻率也會(huì)顯著影響材料的塑性變形力。在高頻振動(dòng)的條件下，材料的屈服極限和強(qiáng)度極限會(huì)明顯減小。但是，目前對(duì)振動(dòng)加工所做的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和相應(yīng)的理論研究仍不夠深入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試時(shí)，存在著式樣對(duì)中、夾持、應(yīng)變測(cè)量、樣式固定等幾個(gè)方面的難點(diǎn)的問題，進(jìn)而提出高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明包括萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)、夾具和夾頭，本發(fā)明還包括壓電陶瓷塊和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括上擋板、固定塊、下?lián)醢濉⑾聣|板、彈簧和多個(gè)導(dǎo)柱，上擋板、固定塊、下?lián)醢?、下墊板由上至下依次設(shè)置在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的固定平臺(tái)上，下墊板通過多個(gè)螺釘與固定塊連接，多個(gè)導(dǎo)柱設(shè)置在設(shè)置在上擋板與下?lián)醢逯g，且每個(gè)導(dǎo)柱的上端分別各通過一個(gè)螺釘與上擋板的下表面連接，每個(gè)導(dǎo)柱的下端分別穿過固定塊通過一個(gè)螺釘與下?lián)醢宓纳媳砻孢B接，壓電陶瓷塊安裝在固定板上，壓電陶瓷塊與高頻電源連接，下?lián)醢宓南卤砻媾c下墊板的上表面之間設(shè)有彈簧，夾具安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的升降平臺(tái)上，夾頭安裝在上擋板的上表面上。本發(fā)明所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法的具體步驟如下步驟一、用夾具將金屬箔板的上端夾住，夾頭將金屬箔板的下端夾住，萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)與數(shù)據(jù)接收裝置連接；步驟二、設(shè)定壓電陶瓷塊的振動(dòng)頻率為20Hz-1000Hz，壓電陶瓷塊的振幅為O. 2微米-6微米，開始振動(dòng)；步驟三、啟動(dòng)萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī),萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的升降平臺(tái)帶動(dòng)夾具以O(shè). lmm/min-6mm/min的速度向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，夾具對(duì)金屬箔板產(chǎn)生拉伸作用；步驟四、傳感器以及數(shù)據(jù)接收裝置對(duì)金屬箔板拉伸過程中的金屬箔板的受力和變形量進(jìn)行采集、處理和記錄。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可以根據(jù)萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上的傳感器得到高頻振動(dòng)的作用下金屬箔板的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；本發(fā)明也可以研究靜態(tài)下金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試，通過金屬箔板的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以得到在高頻振動(dòng)輔助下，金屬箔板在被拉伸時(shí)變形力隨應(yīng)變變化的規(guī)律，并與在靜態(tài)下的金屬箔板拉伸形成對(duì)比，得到高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸過程中金屬箔板的力學(xué)變化規(guī)律，同時(shí)，也可以分析高頻振動(dòng)下金屬箔板材料的斷裂行為。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，操作方便易于維護(hù)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置包括萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)1、夾具2和夾頭3，本實(shí)施方式還包括壓電陶瓷塊4和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括上擋板5、固定塊6、下?lián)醢?、下墊板8、彈簧9和多個(gè)導(dǎo)柱10，上擋板5、固定塊6、下?lián)醢?、下墊板8由上至下依次設(shè)置在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的固定平臺(tái)上，下墊板8通過多個(gè)螺釘與固定塊6連接，多個(gè)導(dǎo)柱10設(shè)置在設(shè)置在上擋板5與下?lián)醢?之間，且每個(gè)導(dǎo)柱10的上端分別各通過一個(gè)螺釘與上擋板5的下表面連接，每個(gè)導(dǎo)柱10的下端分別穿過固定塊6通過一個(gè)螺釘與下?lián)醢?的上表面連接，壓電陶瓷塊4安裝在固定板6上，壓電陶瓷塊4與高頻電源連接，下?lián)醢?的下表面與下墊板8的上表面之間設(shè)有彈簧9，夾具2安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的升降平臺(tái)上，夾頭3安裝在上擋板5的上表面上。本實(shí)施方式中的萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I是指CMT8502微機(jī)控制電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)。本實(shí)施方式中將壓電陶瓷塊4安裝在固定塊6中，用螺釘把上擋板5、多個(gè)導(dǎo)柱
10、固定板6、下?lián)醢?組裝在一起后，再通過螺釘將其余下墊板8安裝在一起，此時(shí)，彈簧9具有一定的預(yù)緊力，下?lián)醢?與下墊板8之間有一定的間隙，再用螺栓將下墊板7固定安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的固定平臺(tái)上。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置還包括傳感器11，傳感器11安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的升降平臺(tái)上。本實(shí)施方式的技術(shù)效果是金屬箔板的拉伸力和應(yīng)變由萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的傳感器檢測(cè)，并輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，方便對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理和記錄。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種利用具體實(shí)施方式
一所述裝置進(jìn)行高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法的具體步驟如下步驟一、用夾具2將金屬箔板的上端夾住，夾頭3將金屬箔板的下端夾住，萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I與數(shù)據(jù)接收裝置連接；步驟二、設(shè)定壓電陶瓷塊4的振動(dòng)頻率為20Hz-1000Hz，壓電陶瓷塊4的振幅為
O.2微米-6微米，開始振動(dòng)；步驟三、啟動(dòng)萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)1，萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的升降平臺(tái)帶動(dòng)夾具2以O(shè).1mm/min-6mm/min的速度向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，夾具2對(duì)金屬箔板產(chǎn)生拉伸作用；步驟四、傳感器11)以及數(shù)據(jù)接收裝置對(duì)金屬箔板拉伸過程中的金屬箔板的受力和變形量進(jìn)行采集、處理和記錄。在拉伸過程中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱10可以保證金屬箔板在拉伸過程中保持受力和變形都在豎直方向上，解決了對(duì)金屬箔板的對(duì)中、夾持的難點(diǎn)。金屬箔板在拉伸過程中發(fā)生彈性形變、塑性形變，最后直至被拉斷。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法的步驟三中萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的升降平臺(tái)帶動(dòng)夾具2以lmm/min的速度向上運(yùn)動(dòng)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法的步驟二中設(shè)定壓電陶瓷塊4的振動(dòng)頻率為50Hz。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。本發(fā)明的工作原理是在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)I的作用下，當(dāng)金屬箔板受到拉力被拉伸的過程中，壓電陶瓷塊4能夠產(chǎn)生一定的高頻振動(dòng)，并通過導(dǎo)柱10帶動(dòng)金屬箔板產(chǎn)生一定的高頻振動(dòng)，在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧9有一定的預(yù)緊力，當(dāng)壓電陶瓷塊4向下產(chǎn)生位移時(shí)，通過導(dǎo)柱10帶動(dòng)金屬箔板向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓電陶瓷塊4向下輸出的位移達(dá)到設(shè)定的最大值后，輸出位移減小，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在彈簧9的作用下向上運(yùn)動(dòng)，直至壓電陶瓷塊4輸出的位移量減少至零，然后再進(jìn)行下一個(gè)振動(dòng)循環(huán)。
權(quán)利要求
1.高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置，它包括萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)、夾具(2)和夾頭(3)，其特征在于:所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置還包括壓電陶瓷塊(4)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括上擋板(5)、固定塊￠)、下?lián)醢?7)、下墊板(8)、彈簧(9)和多個(gè)導(dǎo)柱(10)，上擋板(5)、固定塊￠)、下?lián)醢?7)、下墊板(8)由上至下依次設(shè)置在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)的固定平臺(tái)上，下墊板(8)通過多個(gè)螺釘與固定塊(6)連接，多個(gè)導(dǎo)柱(10)設(shè)置在設(shè)置在上擋板(5)與下?lián)醢?7)之間，且每個(gè)導(dǎo)柱(10)的上端分別各通過一個(gè)螺釘與上擋板(5)的下表面連接，每個(gè)導(dǎo)柱(10)的下端分別穿過固定塊(6)通過一個(gè)螺釘與下?lián)醢?7)的上表面連接，壓電陶瓷塊(4)安裝在固定板(6)上，壓電陶瓷塊(4)與高頻電源連接，下?lián)醢?7)的下表面與下墊板(8)的上表面之間設(shè)有彈簧(9)，夾具(2)安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)的升降平臺(tái)上，夾頭(3)安裝在上擋板(5)的上表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置，其特征在于:所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置還包括傳感器(11)，傳感器(11)安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)的升降平臺(tái)上。
3.一種利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法，其特征在于:所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法的具體步驟如下: 步驟一、用夾具(2)將金屬箔板的上端夾住，夾頭(3)將金屬箔板的下端夾住，萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)與數(shù)據(jù)接收裝置連接； 步驟二、設(shè)定壓電陶瓷塊(4)的振動(dòng)頻率為20Hz-1000Hz，壓電陶瓷塊(4)的振幅為0.2微米-6微米，開始振動(dòng)； 步驟三、啟動(dòng)萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)，萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)的升降平臺(tái)帶動(dòng)夾具(2)以0.1mm/min-6mm/min的速度向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，夾具(2)對(duì)金屬箔板產(chǎn)生拉伸作用； 步驟四、傳感器(11) 以及數(shù)據(jù)接收裝置對(duì)金屬箔板拉伸過程中的金屬箔板的受力和變形量進(jìn)行采集、處理和記錄。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法，其特征在于:步驟三中萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)(I)的升降平臺(tái)帶動(dòng)夾具(2)以lmm/min的速度向上運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試的方法，其特征在于:步驟二中設(shè)定壓電陶瓷塊(4)的振動(dòng)頻率為50Hz。
全文摘要
高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法。它涉及金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法，具體涉及高頻振動(dòng)輔助金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試裝置及方法。本發(fā)明為了解決金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試時(shí)，存在著式樣對(duì)中、夾持、應(yīng)變測(cè)量、樣式固定等幾個(gè)方面的難點(diǎn)的問題。本發(fā)明的上擋板、固定塊、下?lián)醢?、下墊板由上至下依次設(shè)置在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的固定平臺(tái)上，下墊板通過多個(gè)螺釘與固定塊連接，多個(gè)導(dǎo)柱設(shè)置在設(shè)置在上擋板與下?lián)醢逯g，壓電陶瓷塊與高頻電源連接，下?lián)醢宓南卤砻媾c下墊板的上表面之間設(shè)有彈簧，夾具安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的升降平臺(tái)上，夾頭安裝在上擋板的上表面上。本發(fā)明用于金屬箔板拉伸力學(xué)性能測(cè)試。
文檔編號(hào)G01N3/08GK103076226SQ201210584528
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王春舉, 徐杰, 徐振海, 皇韶峰, 單德彬, 郭斌 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)