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Word版说明书1份，共63页，约23000字

 

CAD版本图纸，共1张

 

摘要

 

众所周知，各种材料都是在复合载荷作用条件下服役的，但是目前人们对处于多载荷作用下材料的微观形变和损伤机制还不是很明确，由此导致的材料失效引发的不可挽回的事故屡见不鲜。因此，研发一个能够测试材料微观力学性能的仪器是很必要的。本文设计出了一种拉伸-弯曲预载条件下的微纳米压痕测试仪器。

    本文首先通过对国内外相关实验室和一些知名商业化公司的研究成果进行对比和分析，得知出他们研究成果的优点和不足；接着，根据载荷需求选取标准件型号、设计非标件形状尺寸；之后，通过CATIA软件建立了仪器的三维模型，然后，对关键零部件进行仿真分析以及计算校核，最后经过结构优化后设计出拉伸-弯曲预载下的原位微纳米压痕仪器。

接下来，本文还针对本装置设计出了拉伸-弯曲预载荷条件下的微纳米压痕试验，此测试过程共分为五步：第一步，安装仪器，装夹试件；第二步，拉伸载荷预加载以及原位观测和数据记录；第三步，弯曲载荷预加载以及原位观测和数据记录；第四步，原位微纳米压痕测试以及原位观测和数据记录；第五步，分析处理记录的数据。

本文最后还叙述了一些本装置能实现的其它试验测试类型，并且阐述了本装置还可以改进的地方。

 

 

关键词：复合载荷 拉伸测试 弯曲测试 微纳米压痕 原位测试

 

目录

 

第一章  绪论 1

  1.1选题背景和研究意义 1

  1.2国内外研究现状 3

    1.2.1原位拉伸测试仪的现状 3

    1.2.2原位弯曲测试仪的现状 4

    1.2.3原位压痕测试仪的现状 6

  1.3主要研究内容 10

  1.4本章小结 11

第二章  测试装置相关理论基础 12

  2.1微纳米压痕理论基础 12

  2.2拉伸-弯曲载荷理论基础 14

    2.2.1拉伸载荷理论基础 15

    2.2.2弯曲载荷理论基础 16

    2.2.3最后结论 17

  2.3本章小结 18

第三章  拉伸-弯曲预载荷条件下的微纳米压痕测试仪的设计分析 19

  3.1试验仪器整体结构设计与建模 19

  3.2拉伸载荷预加载模块结构组成与具体实施方案 26

    3.2.1拉伸载荷预加载模块精密动力输出单元 26

    3.2.2拉伸载荷预加载模块精密传动进给单元 26

    3.2.3拉伸载荷预加载模块精密装夹单元 27

    3.2.4拉伸载荷预加载模块精密检测单元 27

  3.3弯曲载荷预加载模块结构组成与具体实施方案 28

    3.3.1弯曲载荷预加载模块精密动力输出单元 28

    3.3.2弯曲载荷预加载模块精密传动进给单元 28

    3.3.3弯曲载荷预加载模块X方精密调整单元 29

    3.3.4弯曲载荷预加载模块精密检测单元 29

  3.4原位纳米压痕测试模块结构组成与具体实施方案 30

    3.4.1原位纳米压痕测试模块Y方向宏观进给单元 30

    3.4.2原位纳米压痕测试模块X方精密调整单元 31

    3.4.3原位纳米压痕测试模块Y方向精密压入单元 31

    3.4.4原位纳米压痕测试模块精密检测单元 31

  3.5本章小结 32

第四章  仪器各模块关键零部件仿真分析与校核 33

  4.1拉伸模块关键零部件仿真分析与校核 33

    4.1.1支撑座A最大受力时的静力学分析 33

    4.1.2导轨强度的校核 35

    4.1.3联轴器的强度校核 36

    4.1.4蜗杆轴的强度校核 37

    4.1.5滚珠丝杠的计算校核 41

    4.1.6弯曲模块电机以及减速器的选择 44

  4.2压痕模块关键零部件仿真分析与校核 45

  4.3弯曲模块关键零部件仿真分析与校核 47

  4.4本章小结 49

第五章  拉-弯预加载条件下的原位微纳米压痕测试仪的试验与设计 50

  5.1.试验具体实施方案 50

    5.1.1安装仪器，装夹试件 50

    5.1.2拉伸载荷预加载以及原位观测和数据记录 50

    5.1.3弯曲载荷预加载以及原位观测和数据记录 51

    5.1.4原位微纳米压痕测试以及原位观测和数据记录 51

    5.1.5分析处理记录的数据 52

  5.2本装置其它试验设计 52

  5.3本章小结 52

第六章  结论与展望 54

  6.1结论 54

  6.2展望 54

致谢 55

参考文献 57