专利名称：薄膜材料力学双轴测试试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于材料力学测试设备领域，特别涉及一种对能不同环境下薄膜材料在双轴应力状态下的断裂失效进行测试的薄膜材料力学双轴测试试验台。
背景技术：
薄膜材料是一种兴起于上世纪六七十年代的新型材料，其种类功能多样，一些薄膜材料隔热，密封，防辐射，抗氧化等特性更是其他材料无法替代的。目前，薄膜材料已经广泛应用到航天器热控，建筑，纺织工业，微电子、光电子行业，太阳能利用，食品包装与保鲜，汽车工业等等很多领域中，正发挥着越来越重要的作用。随着应用的日渐广泛，对薄膜材料的开发研究已经打破学科的界限，成为国内外研究的重点，其力学性能的研究则是薄膜结构开发研究的前提和基础。
Y LETERRIER等人(JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, 2001， Vol.36:2213-2225)设计的薄膜试验机精度很高，容易观察记录薄膜涂层的破碎模式，但相应其成本很高，只能专门对某些较薄试件进行实验，且拉伸状态比较单一，只能完成等轴拉伸。
专利号为200620158423.7的静电梳原理的薄膜拉伸机对中性不能进行调节，对于稍微有大变形的材料就是不可用的，因为产生的就不是正交的双向应力。另外产生的拉力也不会很大。
专利号为87205653的机械式双轴拉伸试验仪，是搭建在万能试验机上使用的，不能够独立地加载，受到一定的限制，并且它只能完成固定1: 1的双轴比例的拉伸，且不可调。
专利号为03127674.1的设计是可编程控制的，其成本相对较高，并且只能限制于薄膜进行拉伸，对于厚一些的材料测试则不适用。
专利号为200520067081.3的设计结构较复杂，并且也存在对中性的问题，对试件尺寸要求过大，不易于研究微观小尺度的情况。
以上提到的设备均不能放在环境箱当中进行高低温情况下的测试。发明内容
本实用新型针对现有设备和技术在对薄膜进行双轴拉伸测试时的不足，提供了一种微观薄膜材料力学双轴测试试验台，其特征在于，两根不在同一平面上垂直的上丝杠31和下丝杠32分别固定在箱体9的上下侧壁和左右侧壁上，上丝杠31的两侧各安置一根与之平行的上导轨41，下丝杠32的两侧各安置一根与之平行的下导轨42;上丝杠31和下丝杠32的两端分别穿过箱体9的上下侧壁和左右侧壁， 一端用双螺母8固定，另一端安装手轮7并用双螺母8固定；在上丝杠31上安装两个上滑块11，下丝杠32上安装两个下滑块12;每个上滑块11和下滑块12均通过力传感器5各连接一个夹具6。
所述上滑块11两端套于上导轨41上;所述下滑块12两端套于下导轨42上。
所述上丝杠31和下丝杠32中段光滑，并以丝杠光滑段的中心为对称点，两边分别加工左旋和右旋细牙螺纹。
所述手轮7为扳手加载块式手轮，通过销钉固定在丝杠上，手轮7的调节精度为3~10um。
所述夹具6的数量为4个，且在同一水平面上。
本实用新型的有益效果为能够对薄膜材料施加不同的双轴应力，并可以置于温度箱中对薄膜材料在不同温度下的力学行为进行研究。为了研究该装置的可行性，利用该装置对橡胶基底上的硝化纤维薄膜在不同拉力比情况双向应力状态的破裂行为进行了研究，研究表明，该装置能够实现稳定可靠的双轴加载，并能方便地控制双轴应力比，并得到不同应力比下的薄膜破裂形貌。
图1为本实用新型所述试验台结构示意图2为手轮结构示意图3为小载荷传感器结构示意图4为大载荷传感器结构示意图5 (a)为夹具结构俯视图5 (b)为夹具结构主视图5 (c)为夹具结构左视图。
图中标号
ll-上滑块；12-下滑块；31-上丝杠；32-下丝杠；41-上导轨；42-下导轨；
5-力传感器；6-夹具；61-夹具主体；62-垫片；63-弹簧；64-固定螺丝； 65-加紧螺丝；7-手轮；8-双螺母；9-箱体。
具体实施方式
本实用新型提供了一种微观薄膜材料力学双轴测试试验台，下面通过附图说 明和具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。
两根不在同一平面上垂直的上丝杠31和下丝杠32分别固定在箱体9的上下 侧壁和左右侧壁上，上丝杠31和下丝杠32中间光滑，并以丝杠光滑段的中心为 对称点，两边分别加工左旋和右旋细牙螺纹，使丝杠转动的时候套在相应位置的 上滑块11或下滑块12能够反向运动；上丝杠31的两侧各安置一根与之平行的 上导轨41 ，下丝杠32的两侧各安置一根与之平行的下导轨42;
在上丝杠31上安装两个上滑块11，下丝杠32上安装两个下滑块12;上滑 块11两端套于上导轨41上，沿上导轨41做径向运动；下滑块12两端套于下导轨42上，沿下导轨42做径向运动。
上丝杠31和下丝杠32的两端分别穿过箱体9的上下侧壁和左右侧壁，在一 端用双螺母8固定，另一端安装手轮7并用双螺母8固定；双螺母8的作用是限 制上丝杠31和下丝杠32相对箱体9不滑动，以及通过调节双螺母8的位置，在 实验开始前调节对中性；手轮7为扳手加载块式手轮，通过销钉固定在丝杠上， 可以手动或使用扳手实现加载；手轮7圆周上刻有300等分线，丝杠上细螺纹螺 距是1.5mm，因此手轮转动每小格对应每个滑块移动5,距离。
每个上滑块11和下滑块12均通过力传感器5各连接一个夹具6。
力传感器5采用硬铝材料制成，弹性模量是70GPa左右，目的是提高传感器 测量的灵敏度。小载荷传感器采用如下结构，在图3的4-l、 4-2、 4-3、 4-4位 置粘贴4片应变片，应变片可以是常温的，高温的或者低温的，四枚应变片组成 惠更斯电桥，采用全桥进行测量，这样能够提高灵敏度及线性度，及消除弯矩扭 矩的影响和温度效应。传感器受轴向拉力时，4-1、 4-3处的应变片受压，接在惠 更斯电桥的一对对臂上，4-2、 4-4处的应变片受拉，接在惠更斯电桥的另一对对 臂上。在常温下标定后，四片应变片组全桥连接在YJR-5A型静态电阻应变仪上 组成全桥并进行标定。标定结果为传感器在竖向方向上，每牛顿力产生3.418个 微应变，精度为0.3牛顿，量程为245牛顿；传感器在水平方向上，每牛顿力产 生2.916个微应变，精度为0.35牛顿，量程为245牛顿。
大载荷传感器如图4所示。贴片位置在4-5、 4-6和在背面的4-7、 4-8。当 传感器受拉时，4-5、 4-7位置的应变片受压，接在惠更斯电桥的一对对臂上，4-6、 4-8位置的应变片受拉，接在惠更斯电桥的另一对对臂上，组成全桥。
图5为夹具结构示意图。夹具由主体61，垫片62，两个弹簧63，两个固定 螺丝64， 一个装卸试件加紧螺丝65组成。装卡试件时，将螺母65松开，垫片62在弹簧63的作用下弹起，放入试件，用六角螺扳拧紧螺母65，压住下面的垫 片，夹紧试件。垫片和试件的接触面刻有与拉力方向垂直的条纹，增大摩擦力。
权利要求1.薄膜材料力学双轴测试试验台，其特征在于，两根不在同一平面上垂直的上丝杠(31)和下丝杠(32)分别固定在箱体(9)的上下侧壁和左右侧壁上，上丝杠(31)的两侧各安置一根与之平行的上导轨(41)，下丝杠(32)的两侧各安置一根与之平行的下导轨(42)；上丝杠(31)和下丝杠(32)的两端分别穿过箱体(9)的上下侧壁和左右侧壁，一端用双螺母(8)固定，另一端安装手轮(7)并用双螺母(8)固定；在上丝杠(31)上安装两个上滑块(11)，下丝杠(32)上安装两个下滑块(12)；每个上滑块(11)和下滑块(12)均通过力传感器(5)各连接一个夹具(6)。
2. 根据权利要求1所述的薄膜材料力学双轴测试试验台，其特征在于，所述上滑块(11)两端套于上导轨(41)上；所述下滑块(12)两端套于下导轨(42)上。
3. 根据权利要求1所述的薄膜材料力学双轴测试试验台，其特征在于，所述上丝杠(31)和下丝杠(32)中段光滑，并以丝杠光滑段的中心为对称点，两边分别加工左旋和右旋细牙螺纹。
4. 根据权利要求1所述的薄膜材料力学双轴测试试验台，其特征在于，所述手轮(7)为扳手加载块式手轮，通过销钉固定在丝杠上，手轮(7)的调节精度为3 10ixm。
5. 根据权利要求1所述的薄膜材料力学双轴测试试验台，其特征在于，所述夹具(6)的数量为4个，且在同一水平面上。
专利摘要本实用新型属于材料力学测试设备领域，特别涉及一种微观薄膜材料力学双轴测试试验台。试验台的结构为矩形箱体的侧壁设置两根异面垂直的丝杠，每根丝杠的两侧各安置一根与之平行的导轨；丝杠的两端均穿过箱体的侧壁，一端用双螺母固定，另一端安装手轮；在每根丝杠上分别安装两个滑块；每个滑块均通过力传感器各连接一个夹具。使用本实用新型能够对薄膜材料施加不同的双轴应力，并可以置于温度箱中对薄膜材料在不同温度下的力学行为进行研究，结构简单，使用方便。
文档编号G01N3/18GK201364295SQ20092010506
公开日2009年12月16日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者施惠基, 政 段, 牛莉莎, 王天罡 申请人:清华大学