专利名称：高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法，具体涉及高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法。
背景技术：
微机电系统(MEMS)器件和微结构尺寸通常在毫米和微米量级甚至更小，微尺度机构材料的基础力学性能参数如杨氏模量、拉伸强度、屈服极限和泊松比等，对于提高MEMS器件结构设计的可靠性和评价器件的寿命是必不可少的。然而，对于金属箔板拉伸力学性能测试时，存在着式样对中、夹持、应变测量、样式固定等几个方面的难点。为了提高对高强度难成形材料进行高精度加工的能力，很多场合下可以利用振动来实现特定的加工工艺要求，或者降低能耗。在金属箔板的拉伸过程中，高频振动会对材料内部和外部接触面的摩擦力产生影响。高频振动的振幅和频率也会显著影响材料的塑性变形力。在高频振动的条件下，材料的屈服极限和强度极限会明显减小。但是，目前对振动加工所做的基础性实验和相应的理论研究仍不够深入。
发明内容
本发明为解决金属箔板拉伸力学性能测试时，存在着式样对中、夹持、应变测量、样式固定等几个方面的难点的问题，进而提出高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法。本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明包括万能实验机、夹具和夹头，本发明还包括压电陶瓷块和导向机构，所述导向机构包括上挡板、固定块、下挡板、下垫板、弹簧和多个导柱，上挡板、固定块、下挡板、下垫板由上至下依次设置在万能实验机的固定平台上，下垫板通过多个螺钉与固定块连接，多个导柱设置在设置在上挡板与下挡板之间，且每个导柱的上端分别各通过一个螺钉与上挡板的下表面连接，每个导柱的下端分别穿过固定块通过一个螺钉与下挡板的上表面连接，压电陶瓷块安装在固定板上，压电陶瓷块与高频电源连接，下挡板的下表面与下垫板的上表面之间设有弹簧，夹具安装在万能实验机的升降平台上，夹头安装在上挡板的上表面上。本发明所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法的具体步骤如下步骤一、用夹具将金属箔板的上端夹住，夹头将金属箔板的下端夹住，万能实验机与数据接收装置连接；步骤二、设定压电陶瓷块的振动频率为20Hz-1000Hz，压电陶瓷块的振幅为O. 2微米-6微米，开始振动；步骤三、启动万能实验机,万能实验机的升降平台带动夹具以O. lmm/min-6mm/min的速度向上运动，此时，夹具对金属箔板产生拉伸作用；步骤四、传感器以及数据接收装置对金属箔板拉伸过程中的金属箔板的受力和变形量进行采集、处理和记录。
本发明的有益效果是本发明可以根据万能实验机上的传感器得到高频振动的作用下金属箔板的应力-应变曲线；本发明也可以研究静态下金属箔板拉伸力学性能测试，通过金属箔板的应力-应变曲线，可以得到在高频振动辅助下，金属箔板在被拉伸时变形力随应变变化的规律，并与在静态下的金属箔板拉伸形成对比，得到高频振动辅助金属箔板拉伸过程中金属箔板的力学变化规律，同时，也可以分析高频振动下金属箔板材料的断裂行为。本发明结构简单，制作成本低，操作方便易于维护。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置包括万能实验机1、夹具2和夹头3，本实施方式还包括压电陶瓷块4和导向机构，所述导向机构包括上挡板5、固定块6、下挡板7、下垫板8、弹簧9和多个导柱10，上挡板5、固定块6、下挡板7、下垫板8由上至下依次设置在万能实验机I的固定平台上，下垫板8通过多个螺钉与固定块6连接，多个导柱10设置在设置在上挡板5与下挡板7之间，且每个导柱10的上端分别各通过一个螺钉与上挡板5的下表面连接，每个导柱10的下端分别穿过固定块6通过一个螺钉与下挡板7的上表面连接，压电陶瓷块4安装在固定板6上，压电陶瓷块4与高频电源连接，下挡板7的下表面与下垫板8的上表面之间设有弹簧9，夹具2安装在万能实验机I的升降平台上，夹头3安装在上挡板5的上表面上。本实施方式中的万能实验机I是指CMT8502微机控制电子万能实验机。本实施方式中将压电陶瓷块4安装在固定块6中，用螺钉把上挡板5、多个导柱
10、固定板6、下挡板7组装在一起后，再通过螺钉将其余下垫板8安装在一起，此时，弹簧9具有一定的预紧力，下挡板7与下垫板8之间有一定的间隙，再用螺栓将下垫板7固定安装在万能实验机I的固定平台上。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置还包括传感器11，传感器11安装在万能实验机I的升降平台上。本实施方式的技术效果是金属箔板的拉伸力和应变由万能实验机的传感器检测，并输入到数据采集系统中，方便对数据的采集、处理和记录。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体实施方式
一所述装置进行高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法的具体步骤如下步骤一、用夹具2将金属箔板的上端夹住，夹头3将金属箔板的下端夹住，万能实验机I与数据接收装置连接；步骤二、设定压电陶瓷块4的振动频率为20Hz-1000Hz，压电陶瓷块4的振幅为
O.2微米-6微米，开始振动；步骤三、启动万能实验机1，万能实验机I的升降平台带动夹具2以O.1mm/min-6mm/min的速度向上运动，此时，夹具2对金属箔板产生拉伸作用；步骤四、传感器11)以及数据接收装置对金属箔板拉伸过程中的金属箔板的受力和变形量进行采集、处理和记录。在拉伸过程中，导向机构的导柱10可以保证金属箔板在拉伸过程中保持受力和变形都在竖直方向上，解决了对金属箔板的对中、夹持的难点。金属箔板在拉伸过程中发生弹性形变、塑性形变，最后直至被拉断。
具体实施方式
四结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法的步骤三中万能实验机I的升降平台带动夹具2以lmm/min的速度向上运动。其它组成及连接关系与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法的步骤二中设定压电陶瓷块4的振动频率为50Hz。其它组成及连接关系与具体实施方式
三相同。本发明的工作原理是在万能实验机I的作用下，当金属箔板受到拉力被拉伸的过程中，压电陶瓷块4能够产生一定的高频振动，并通过导柱10带动金属箔板产生一定的高频振动，在导向机构内的弹簧9有一定的预紧力，当压电陶瓷块4向下产生位移时，通过导柱10带动金属箔板向下运动，当压电陶瓷块4向下输出的位移达到设定的最大值后，输出位移减小，导向机构在弹簧9的作用下向上运动，直至压电陶瓷块4输出的位移量减少至零，然后再进行下一个振动循环。
权利要求
1.高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置，它包括万能实验机(I)、夹具(2)和夹头(3)，其特征在于:所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置还包括压电陶瓷块(4)和导向机构，所述导向机构包括上挡板(5)、固定块￠)、下挡板(7)、下垫板(8)、弹簧(9)和多个导柱(10)，上挡板(5)、固定块￠)、下挡板(7)、下垫板(8)由上至下依次设置在万能实验机(I)的固定平台上，下垫板(8)通过多个螺钉与固定块(6)连接，多个导柱(10)设置在设置在上挡板(5)与下挡板(7)之间，且每个导柱(10)的上端分别各通过一个螺钉与上挡板(5)的下表面连接，每个导柱(10)的下端分别穿过固定块(6)通过一个螺钉与下挡板(7)的上表面连接，压电陶瓷块(4)安装在固定板(6)上，压电陶瓷块(4)与高频电源连接，下挡板(7)的下表面与下垫板(8)的上表面之间设有弹簧(9)，夹具(2)安装在万能实验机(I)的升降平台上，夹头(3)安装在上挡板(5)的上表面上。
2.根据权利要求1所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置，其特征在于:所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置还包括传感器(11)，传感器(11)安装在万能实验机(I)的升降平台上。
3.一种利用权利要求1所述装置进行高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法，其特征在于:所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法的具体步骤如下: 步骤一、用夹具(2)将金属箔板的上端夹住，夹头(3)将金属箔板的下端夹住，万能实验机(I)与数据接收装置连接； 步骤二、设定压电陶瓷块(4)的振动频率为20Hz-1000Hz，压电陶瓷块(4)的振幅为0.2微米-6微米，开始振动； 步骤三、启动万能实验机(I)，万能实验机(I)的升降平台带动夹具(2)以0.1mm/min-6mm/min的速度向上运动，此时，夹具(2)对金属箔板产生拉伸作用； 步骤四、传感器(11) 以及数据接收装置对金属箔板拉伸过程中的金属箔板的受力和变形量进行采集、处理和记录。
4.根据权利要求3所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法，其特征在于:步骤三中万能实验机(I)的升降平台带动夹具(2)以lmm/min的速度向上运动。
5.根据权利要求3所述高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试的方法，其特征在于:步骤二中设定压电陶瓷块(4)的振动频率为50Hz。
全文摘要
高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法。它涉及金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法，具体涉及高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置及方法。本发明为了解决金属箔板拉伸力学性能测试时，存在着式样对中、夹持、应变测量、样式固定等几个方面的难点的问题。本发明的上挡板、固定块、下挡板、下垫板由上至下依次设置在万能实验机的固定平台上，下垫板通过多个螺钉与固定块连接，多个导柱设置在设置在上挡板与下挡板之间，压电陶瓷块与高频电源连接，下挡板的下表面与下垫板的上表面之间设有弹簧，夹具安装在万能实验机的升降平台上，夹头安装在上挡板的上表面上。本发明用于金属箔板拉伸力学性能测试。
文档编号G01N3/08GK103076226SQ201210584528
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者王春举, 徐杰, 徐振海, 皇韶峰, 单德彬, 郭斌 申请人:哈尔滨工业大学