本發(fā)明涉及材料微觀力學性能測試領(lǐng)域的精密科學儀器領(lǐng)域，特別涉及一種高溫雙軸同步拉伸力學性能測試儀器及測試方法。該儀器可以對在高溫條件下承受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的材料失效機制進行研究，可精確地測試材料在高溫條件下承受同步雙軸拉伸時的力學行為、損傷機制與性能弱化規(guī)律。

背景技術(shù)：

材料作為21世紀的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，其重要性是不言而喻的。在現(xiàn)代社會中，材料與國民工業(yè)的聯(lián)系也越來越緊密。但是，在實際服役狀態(tài)下，材料通常不是承受單一載荷的作用。然而傳統(tǒng)的測試技術(shù)僅僅是在單一載荷作用下測材料的力學性能，所以不能完全反映構(gòu)件的受力狀態(tài)，這也是零件提前失效的主要原因之一。隨著板殼理論的提出，板材的應(yīng)用也越來越廣泛，尤其在航天以及國防工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。板材的受力狀態(tài)一般是典型的二向應(yīng)力。顯然，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的測試裝置不能完全體現(xiàn)它的受力狀態(tài)，所以測得的力學參數(shù)也不具有絕對的參考價值。再者通常較薄的板材將表現(xiàn)出一種各向異性，所以單軸拉伸試驗很難準確描述薄板的力學性能。

此外，部分航空航天器結(jié)構(gòu)件和機械裝備元件經(jīng)常會在較高的溫度下工作，而溫度會對材料的力學性能造成較大影響，所以此時在常溫下用單向拉伸測得的力學參數(shù)是不準確的，依據(jù)這樣的參數(shù)去設(shè)計，難以保證結(jié)構(gòu)的安全性。因此，如果能在材料力學性能測試中，開發(fā)一種可以提供接近材料真實受力情況，模擬材料所處的真實環(huán)境的力學測試儀器，就能更加準確的獲得材料在實際服役條件下的力學性能。

現(xiàn)有的雙軸拉伸裝置驅(qū)動單元較多，一般采用X向以及Y向單獨驅(qū)動，例如2013年張鵬等人申請的力熱耦合加載的雙軸雙向拉伸/壓縮原位測試系統(tǒng)(CN203337479U)；有些雙軸拉伸儀器采用4個驅(qū)動器對于4個拉伸端分別進行驅(qū)動，例如2015年陳務(wù)軍等人申請的一種雙軸拉伸測試裝置(CN104568591A)。這樣設(shè)計的缺點是：(1)由于驅(qū)動單元較多，導(dǎo)致儀器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；(2)由于驅(qū)動單元不唯一，難以完全實現(xiàn)完全的同步加載。此外，之前的雙軸拉伸儀器很難實現(xiàn)室溫～1600℃的高溫加載溫度區(qū)間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高溫雙軸同步拉伸力學性能測試儀器及測試方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明具有以下特點：(1)采用單電機驅(qū)動，通過三個相互正交的錐齒輪傳動，從而實現(xiàn)雙軸同步拉伸；(2)通過爪牙式離合器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)單軸拉伸，雙軸拉伸的切換；(3)通過更換不同傳動比的錐齒輪，可以實現(xiàn)不同比例加載。(4)通過高溫加熱爐實現(xiàn)高達1600℃的高溫加載。(5)可以與光學顯微鏡集成使用，從而觀察材料在高溫條件下，承受雙向拉力下的裂紋擴展等微觀結(jié)構(gòu)變化。本發(fā)明提供了一種可以模擬材料真實服役狀態(tài)下的高溫雙軸拉伸的實驗方法，對于揭示材料失效的微觀變化具有重要意義。本裝置通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由一個交流伺服電動機帶動三個相互正交的錐齒輪，進而實現(xiàn)X軸、Y軸的等速同步拉伸；通過更換不同傳動比的錐齒輪，亦可實現(xiàn)X軸、Y軸的非等速拉伸測試；通過手柄的滑動切換，還可以實現(xiàn)沿X軸方向的單軸拉伸。高溫加載模塊采用高溫加熱爐，選用硅鉬棒作為加熱元件，最高加熱溫度可達1600℃，從而實現(xiàn)高溫下材料在承受雙向拉力時其相關(guān)力學性能的測試研究。其中高溫加熱爐配有光學視窗，可與光學顯微鏡集成使用，實現(xiàn)對材料變溫拉伸測試過程中的微觀力學行為與損傷機制的動態(tài)原位監(jiān)測。本裝置通過創(chuàng)新提出的新穎結(jié)構(gòu)，有效的解決了雙軸拉伸難以實現(xiàn)同步加載的難題，同時又兼具非等速拉伸加載以及單軸拉伸等功能，測試裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，便于集成和控制，具有良好的應(yīng)用前景，對于高溫條件下材料在承受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時力學性能的測試研究具有十分重要的意義。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

高溫雙軸同步拉伸力學性能測試儀器，整體結(jié)構(gòu)采用臥式布置，包括驅(qū)動單元、傳動單元、拉伸單元及檢測單元、十字形試件的夾持單元以及高溫加載單元，其中驅(qū)動單元采用一個交流伺服電機8，通過蝸輪25、蝸桿23減速增扭后進行驅(qū)動，從而保證X、Y軸加載的同步性；傳動單元采用三個相互正交的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28進行動力的傳遞，從而實現(xiàn)單電機驅(qū)動下X軸、Y軸的雙向動力傳遞；拉伸單元及檢測單元設(shè)置在高溫加載單元的高溫加熱爐4外部，防止高溫對整個測試儀器造成的損傷并減小溫度變化對于檢測單元的影響；拉伸單元通過絲杠螺母副將交流伺服電機8的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母基座Ⅱ16的直線運動，檢測單元采用拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ以及直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ進行力和位移的測量；十字形試件的夾持單元螺紋連接到螺母基座Ⅱ16上，螺母基座Ⅱ16通過滑塊Ⅱ17固連在直線導(dǎo)軌Ⅱ15上，從而使十字形試件的夾持單元以及拉伸單元整體沿直線導(dǎo)軌Ⅱ運動，實現(xiàn)力的加載；高溫加載單元的高溫加熱爐4通過螺紋連接的方式固定在儀器的底板10上；原位觀測顯微鏡置于高溫加載單元的正上方，通過高溫加載單元的光學視窗對被測樣品的力學行為和損傷機制進行動態(tài)原位觀測。

所述的驅(qū)動單元采用一個交流伺服電機8提供驅(qū)動動力，經(jīng)過蝸輪25、蝸桿23減速增扭后，將動力傳遞到X向絲杠Ⅰ22上，之后通過絲杠螺母副對試件施加載荷；其中，交流伺服電機8通過電機支座24固定在底板10上，蝸桿23安裝到交流伺服電機8的輸出軸上；蝸輪25通過鍵連接固定在X向絲杠Ⅰ22上，從而將交流伺服電機輸出的動力進行減速增扭，最后通過絲杠螺母副將交流伺服電機8的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽富?6的直線運動，所述螺母基座Ⅱ16通過滑塊Ⅱ17安裝到直線導(dǎo)軌Ⅱ15上。

所述的傳動單元采用三個相互正交的的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28進行動力的傳遞，具體包括：兩個旋向相反的X向絲杠Ⅰ、Ⅱ22、32，兩個旋向相同的Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26，三個相互正交的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28，爪牙式離合器31，其中，所述X向絲杠Ⅱ32通過軸承支座Ⅲ33安裝到儀器底板上，在X向絲杠Ⅱ32上布置一個帶有爪牙式結(jié)構(gòu)的錐齒輪Ⅲ28，其通過滾針軸承39空套在X向絲杠Ⅱ32上，所述爪牙式離合器31通過平鍵38固連在X向絲杠Ⅱ32上，通過擺動爪牙式離合器31上的滑動手柄30，實現(xiàn)爪牙式離合器31與帶爪牙式結(jié)構(gòu)的錐齒輪Ⅲ28的嚙合與否，從而實現(xiàn)單軸或者雙軸同步拉伸的功能，滑動手柄30通過銷37連接到爪牙式離合器31上；所述X向絲杠Ⅱ32通過套筒式聯(lián)軸器40與X向絲杠Ⅰ22連接，所述Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26上對稱布置兩個完全相同的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ20、27，所述錐齒輪Ⅰ、Ⅱ20、27通過軸肩和鎖緊螺母進行定位以及鎖緊；所述X向絲杠Ⅰ、Ⅱ22、32、Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26通過軸承支座Ⅰ、Ⅱ18、21連接到底板10上；動力通過X向絲杠Ⅰ22輸入，經(jīng)過套筒式聯(lián)軸器40傳遞給X向絲杠Ⅱ32，通過錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28傳動傳遞給Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26，從而實現(xiàn)單電機驅(qū)動下的雙軸同步拉伸功能。

所述的拉伸單元及檢測單元包括拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ2、14，直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7、9、29、34，螺母基座Ⅰ、Ⅱ1、16以及夾具體支座Ⅰ、Ⅱ3、13，其中，所述拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ2、14一端固連在螺母基座Ⅰ、Ⅱ1、16上，另一端固連在夾具體支座Ⅰ、Ⅱ3、13上；所述螺母基座Ⅱ16以及夾具體支座Ⅱ13分別通過滑塊Ⅰ、Ⅱ12、17安裝到直線導(dǎo)軌Ⅰ、Ⅱ6、15上，螺母基座Ⅱ16通過拉力傳感器Ⅱ14帶動夾具體支座Ⅱ13運動，從而實現(xiàn)拉伸力的測量；所述直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7、9、29、34布置在高溫加載單元的高溫加熱爐4的四周；直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7、9、29、34的光柵尺固定在底板10上，讀數(shù)頭通過螺紋固定連接在夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、13、5上，通過測量夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的位移間接測量試件的變形量。

所述的十字形試件的夾持單元由四對完全相同的上、下夾具體組成，其中，下夾具體11通過螺紋固連在夾具體支座Ⅱ13上，并且將夾具體支座Ⅱ13的平面作為下夾具體11的定位基面進行精加工；所述下夾具體11加工有菱形凹槽，從而實現(xiàn)十字形試件的定位，防止在上夾具體鎖緊過程中試件發(fā)生竄動而影響試件的對中性；所述上夾具體35通過螺紋連接將十字形試件36壓在下夾具體11上，所述上夾具體35具有菱形外凸式結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)試件的夾緊，避免了拉伸過程中出現(xiàn)試件以及夾具體的相對滑動；上、下夾具體35、11和十字形試件36夾持位置均進行滾花處理。

所述的下夾具體11和夾具體支座Ⅱ13之間貼有TDD真空多層保溫材料以減少熱傳導(dǎo)，此外夾具體支座Ⅱ13通過循環(huán)水冷的方式避免溫度的升高，從而使儀器整體處于常溫下運行。

所述的高溫加載單元采用高溫加熱爐4，加熱溫度可達1600℃，所述高溫加熱爐4與底板10螺紋固定連接；高溫加熱爐4的加熱元件安裝在加熱腔底部以及四周，陶瓷纖維板安裝在高溫加熱爐內(nèi)壁以及底部和頂部，在高溫加熱爐4頂部配有石英玻璃光學視窗，與光學顯微鏡配合可以從試件正上方對其變形損傷機制實施原位觀測。

本發(fā)明的另一目的在于提供高溫雙軸同步拉伸力學性能測試方法，具體步驟如下：

a.在每次實驗開始之前，首先檢查夾具體是否在零位，記錄夾具體零點的絕對位置，從而使夾具體每次實驗之后都可以精準的回到零點，便于十字形試件的裝夾；

b.將十字形試件放入下夾具體的凹槽之中，夾緊，并且將拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ和直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的示數(shù)全部清零；

c.進行高溫加載：首先，打開水冷系統(tǒng)，對于夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以及高溫箱外側(cè)進行循環(huán)水冷；之后設(shè)定高溫加載溫度，進行溫度加載。在高溫加載過程中，為了減少高溫變形對于實驗結(jié)果的影響，通過力保持模式，使高溫加載過程中，拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ的示數(shù)始終為零；

d.高溫加載結(jié)束之后，根據(jù)不同的實驗?zāi)康?，可以實現(xiàn)高溫下單軸拉伸，雙軸拉伸多種不同實驗條件下的拉伸實驗；

e.如果實驗過程中需要進行原位觀測，首先需要通過電機驅(qū)動調(diào)整顯微鏡鏡頭的高度，從而使顯微鏡清晰成像；試件也需要進行拋光腐蝕處理，以便實時動態(tài)觀測材料在高溫拉伸復(fù)合加載條件下的失效機制。

與現(xiàn)有其他雙軸拉伸設(shè)備相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)測試精度較高，結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實現(xiàn)。

(2)可以通過單電機驅(qū)動實現(xiàn)X軸和Y軸的同步加載。

(3)可以實現(xiàn)單軸拉伸，不同比例拉伸等多種加載條件下的拉伸實驗。

(4)可以實現(xiàn)高達1600℃的高溫加載條件。

(5)可以與光學顯微鏡集成使用，從而觀察材料在實際服役狀態(tài)下的微觀斷裂機制。

總之，本發(fā)明為高溫下在承受復(fù)雜受力狀態(tài)時的材料斷裂機制的研究提供了有效方法，具有很強的實用性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。

圖1為本發(fā)明的整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的夾具體裝夾方式示意圖；

圖5為本發(fā)明的爪牙式離合器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的工作原理框圖。

圖中：1、螺母基座Ⅰ；2、拉力傳感器Ⅰ；3、夾具體支座Ⅰ；4、高溫加熱爐；5、夾具體支座Ⅲ；6、直線導(dǎo)軌Ⅰ；7、直線光柵位移傳感器Ⅰ；8、交流伺服電機；9、直線光柵位移傳感器Ⅱ；10、底板；11、下夾具體；12、滑塊Ⅰ；13、夾具體支座Ⅱ；14、拉力傳感器Ⅱ；15、直線導(dǎo)軌Ⅱ；16、螺母基座Ⅱ；17、滑塊Ⅱ；18、軸承支座Ⅰ；19、Y向絲杠Ⅰ；20、錐齒輪Ⅰ；21、軸承支座Ⅱ；22、X向絲杠Ⅰ；23、蝸桿；24、電機支座；25、渦輪；26、Y向絲杠Ⅱ；27、錐齒輪Ⅱ；28、錐齒輪Ⅲ；29、直線光柵位移傳感器Ⅲ；30、滑動手柄；31、爪牙式離合器；32、X向絲杠Ⅱ；33、軸承支座Ⅲ；34、直線光柵位移傳感器Ⅳ；35、上夾具體；36、十字形試件；37、銷；38、平鍵；39、滾針軸承；40、套筒式聯(lián)軸器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的詳細內(nèi)容及其具體實施方式。

參見圖1至圖5所示，本發(fā)明的高溫雙軸同步拉伸力學性能測試儀器，整體結(jié)構(gòu)采用臥式布置，包括驅(qū)動單元、傳動單元、拉伸單元及檢測單元、十字形試件的夾持單元以及高溫加載單元，其中驅(qū)動單元采用一個交流伺服電機8，通過蝸輪25、蝸桿23減速增扭后進行驅(qū)動，從而保證X、Y軸加載的同步性；傳動單元采用三個相互正交的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28進行動力的傳遞，從而實現(xiàn)單電機驅(qū)動下X軸、Y軸的雙向動力傳遞；拉伸單元及檢測單元設(shè)置在高溫加熱爐4外部，防止高溫對整個測試儀器造成的損傷并減小溫度變化對于檢測單元的影響；拉伸單元通過絲杠螺母副將交流伺服電機8的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母基座Ⅱ16的直線運動，檢測單元采用拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ以及直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ進行力和位移的測量；十字形試件的夾持單元螺紋連接到螺母基座Ⅱ16上，螺母基座Ⅱ16通過滑塊Ⅱ17固連在直線導(dǎo)軌Ⅱ15上，從而使十字形試件的夾持單元以及拉伸單元整體沿直線導(dǎo)軌Ⅱ運動，實現(xiàn)力的加載；高溫加載單元的高溫加熱爐4通過螺紋連接的方式固定在儀器的底板10上；原位觀測顯微鏡置于高溫加載單元的正上方，通過高溫加載單元的光學視窗對被測樣品的力學行為和損傷機制進行動態(tài)原位觀測。

參見圖2所示，本發(fā)明所述的驅(qū)動單元采用一個交流伺服電機8提供驅(qū)動動力，經(jīng)過蝸輪25、蝸桿23減速增扭后，將動力傳遞到X向絲杠Ⅰ22上，之后通過絲杠螺母副對試件施加載荷；其中，交流伺服電機8通過電機支座24固定在底板10上，蝸桿23安裝到交流伺服電機8的輸出軸上；蝸輪25通過鍵連接固定在X向絲杠Ⅰ22上，從而將交流伺服電機輸出的動力進行減速增扭，最后通過絲杠螺母副將交流伺服電機8的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽富?6的直線運動，所述螺母基座Ⅱ16通過滑塊Ⅱ17安裝到直線導(dǎo)軌Ⅱ15上。

所述的傳動單元采用三個相互正交的的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28進行動力的傳遞，具體包括：兩個旋向相反的X向絲杠Ⅰ、Ⅱ22、32，兩個旋向相同的Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26，三個相互正交的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28，爪牙式離合器31，其中，所述X向絲杠Ⅱ32通過軸承支座Ⅲ33安裝到儀器底板上，在X向絲杠Ⅱ32上布置一個帶有爪牙式結(jié)構(gòu)的錐齒輪Ⅲ28，其通過滾針軸承39空套在X向絲杠Ⅱ32上，所述爪牙式離合器31通過平鍵38固連在X向絲杠Ⅱ32上，通過擺動爪牙式離合器31上的滑動手柄30，實現(xiàn)爪牙式離合器31與帶爪牙式結(jié)構(gòu)的錐齒輪Ⅲ28的嚙合與否，從而實現(xiàn)單軸或者雙軸同步拉伸的功能，滑動手柄30通過銷37連接到爪牙式離合器31上；所述X向絲杠Ⅱ32通過套筒式聯(lián)軸器40與X向絲杠Ⅰ22連接，從而減小軸向上的位移誤差，所述Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26上對稱布置兩個完全相同的錐齒輪Ⅰ、Ⅱ20、27，所述錐齒輪Ⅰ、Ⅱ20、27通過軸肩和鎖緊螺母進行定位以及鎖緊；所述X向絲杠Ⅰ、Ⅱ22、32、Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26通過軸承支座Ⅰ、Ⅱ18、21連接到底板10上；動力通過X向絲杠Ⅰ22輸入，經(jīng)過套筒式聯(lián)軸器40傳遞給X向絲杠Ⅱ32，通過錐齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ20、27、28傳動傳遞給Y向絲杠Ⅰ、Ⅱ19、26，從而實現(xiàn)單電機驅(qū)動下的雙軸同步拉伸功能。

參見圖3所示，本發(fā)明所述的拉伸單元及檢測單元包括拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ2、14，直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7、9、29、34，螺母基座Ⅰ、Ⅱ1、16以及夾具體支座Ⅰ、Ⅱ3、13，其中，所述拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ2、14一端固連在螺母基座Ⅰ、Ⅱ1、16上，另一端固連在夾具體支座Ⅰ、Ⅱ3、13上；所述螺母基座Ⅱ16以及夾具體支座Ⅱ13分別通過滑塊Ⅰ、Ⅱ12、17安裝到直線導(dǎo)軌Ⅰ、Ⅱ6、15上，螺母基座Ⅱ16通過拉力傳感器Ⅱ14帶動夾具體支座Ⅱ13運動，從而實現(xiàn)拉伸力的測量；所述直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7、9、29、34布置在高溫加載單元的高溫加熱爐4的四周；直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ7、9、29、34的光柵尺固定在底板10上，讀數(shù)頭通過螺紋固定連接在夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、13、5上，通過測量夾具體支座Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的位移間接測量試件的變形量。

所述的十字形試件的夾持單元由四對完全相同的上、下夾具體組成，其中，下夾具體11通過螺紋固連在夾具體支座Ⅱ13上，并且將夾具體支座Ⅱ13的平面作為下夾具體11的定位基面進行精加工；所述下夾具體11加工有菱形凹槽，從而實現(xiàn)十字形試件的定位，也便于安裝，防止在上夾具體鎖緊過程中試件發(fā)生竄動而影響試件的對中性；所述上夾具體35通過螺紋連接將十字形試件36壓在下夾具體11上，所述上夾具體35具有菱形外凸式結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)試件的夾緊，避免了拉伸過程中出現(xiàn)試件以及夾具體的相對滑動；為了增大摩擦，上、下夾具體35、11和十字形試件36夾持位置均進行滾花處理。

所述的下夾具體11和夾具體支座Ⅱ13之間貼有TDD真空多層保溫材料以減少熱傳導(dǎo)，此外夾具體支座Ⅱ13通過循環(huán)水冷的方式避免溫度的升高，從而使儀器整體基本仍處于常溫下運行。

參見圖1所示，本發(fā)明所述的高溫加載單元采用高溫加熱爐4，加熱溫度可達1600℃，所述高溫加熱爐4與底板10螺紋固定連接；高溫加熱爐4的加熱元件安裝在加熱腔底部以及四周，陶瓷纖維板安裝在高溫加熱爐內(nèi)壁以及底部和頂部，以保證加熱爐以外的溫度可以基本維持在室溫或者略高于室溫。此外為了實現(xiàn)原位觀測，在高溫加熱爐4頂部配有石英玻璃光學視窗，與光學顯微鏡配合可以從試件正上方對其變形損傷機制實施原位觀測。

本發(fā)明高溫雙軸同步拉伸力學性能測試儀器由于采用單電機驅(qū)動，保證了四個拉伸端的同步拉伸，所以十字形試件(36)的中心區(qū)域沿水平方向基本保持不變，從而更加有利于進行原位觀測。

參見圖1到圖6所示，發(fā)明的高溫雙軸同步拉伸測試儀，在測試儀器安裝前，首先需要對兩個拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ和四個直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ進行標定與校準，之后在進行儀器的安裝與調(diào)試。在每次實驗結(jié)束之后，必須將夾具體回歸原位，以便下一次實驗試件的裝夾。

本發(fā)明的高溫雙軸同步拉伸力學性能測試方法，具體步驟如下：

a.在每次實驗開始之前，首先檢查夾具體是否在零位，可以利用軟件記錄夾具體零點的絕對位置，從而使夾具體每次實驗之后都可以精準的回到零點，便于十字形試件的裝夾。

b.將十字形試件放入下夾具體的凹槽之中，夾緊，并且將力和直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的示數(shù)全部清零。

c.之后進行高溫加載。首先，需要打開水冷系統(tǒng)，對于夾具體基座以及高溫箱外側(cè)進行循環(huán)水冷。之后設(shè)定高溫加載溫度，進行溫度加載。在高溫加載過程中，為了減少高溫變形對于實驗結(jié)果的影響，通過力保持模式，使高溫加載過程中，拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ的示數(shù)始終為零。

d.高溫加載結(jié)束之后，根據(jù)不同的實驗?zāi)康模梢詫崿F(xiàn)高溫下單軸拉伸，雙軸拉伸等多種不同實驗條件下的拉伸實驗。

e.如果實驗過程中需要進行原位觀測，首先需要通過電機驅(qū)動調(diào)整顯微鏡鏡頭的高度，從而使顯微鏡清晰成像。試件也需要進行拋光腐蝕處理，以便實時動態(tài)觀測材料在高溫拉伸復(fù)合加載條件下的失效機制。

本發(fā)明的拉伸加載模式可以采用力加載模式或者速度加載模式，力加載模式即通過拉力傳感器Ⅰ、Ⅱ的實時測量來反饋控制加載力的大小，速度加載模式即通過直線光柵位移傳感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的實時測量量進行反饋控制加載速度的大小。根據(jù)不同的實驗需求可以選用不同的加載模式，從而實現(xiàn)多種不同實驗條件下的高溫雙軸拉伸實驗。

本發(fā)明通過更換不同傳動比的錐齒輪，可以實現(xiàn)X、Y軸的等速以及非等速加載。其中X軸上的主動錐齒輪直徑保持不變，通過改變Y軸上錐齒輪直徑，從而改變傳動比，最終實現(xiàn)等速以及非等速加載。其中傳動比為1時，儀器實現(xiàn)等速加載。錐齒輪不同變速比的切換及其與非等速拉伸的對應(yīng)關(guān)系如下：

錐齒輪傳動比:

主動錐齒輪直徑:d₁＝mz₁

從動錐齒輪直徑:d₂＝d₁×u

主動錐齒輪分度圓錐角:

從動錐齒輪分度圓錐角:

本發(fā)明通過測量試件的拉伸力以及位移量，可以測得材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而得到材料的彈性模量E、屈服強度σ_s、強度極限σ_b、斷后延伸率A等一系列力學參數(shù)。其中：

彈性模量:

屈服強度:

強度極限:

斷后延伸率

其中，F(xiàn)_eL：下屈服點對應(yīng)的材料載荷；F_b：材料的最大載荷；L₀：試件的初始長度；S₀：材料原始截面積；Δl：試件的變形量。

材料的力學性能主要表現(xiàn)在材料在載荷作用下的變形和破壞性能等。材料的彈性模量、斷裂極限、疲勞強度等參數(shù)是材料力學性能測試中最主要的測試對象。通過拉伸測試能夠測量材料的彈性模量、屈服強度、強度極限、斷后伸長率和斷面收縮率,從而衡量材料在承受拉伸載荷時的力學性能。而材料在高溫下一般會表現(xiàn)出隨溫度升高屈服強度降低，斷后延伸率升高的現(xiàn)象。本發(fā)明可以進行高溫以及常溫下的單軸、雙軸拉伸實驗，對于探究力熱耦合下材料力學性能的研究具有重要意義。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。