微观力学性能原位剪切测试装置的设计与试验研究

发布时间：2016-11-29 17:26

本文关键词：微观力学性能原位剪切测试装置的设计与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2014年

微观力学性能原位剪切测试装置的设计与试验研究

白美林

【摘要】：随着科学技术的发展进步，在材料学领域不断涌现出各种新材料、新技术、新工艺。微纳米材料、有机高分子合成材料、无机非金属合成材料等被广泛的应用于各种不同的领域中，特别是在航空航天领域。在材料力学测试的诸多力学性能参数中，弹性模量、屈服极限、强度极限、伸长率和切变模量等参数是最主要的测试对象，针对上述材料的性能参数有很多种测试方法，如拉伸/压缩法、弯曲法、扭转法、鼓膜法和纳米压痕法等，，其中原位拉伸/压缩测试方法最能全面的体现材料的力学性能，可以通过实时的应力—应变曲线比较直观的分析出材料的弹性模量、断裂极限等力学性能。而对于剪切力学性能测试装置的研究与开发，材料承受纯剪切、简单剪切的研究更少。在材料的使用过程中，剪切受力的情况几乎会出现在任何一种机械中，如使用螺栓连接两块材料、在轴孔配合时使用的键连接等，螺栓和键都起着关键性的作用，传递着力，因此有必要开发一种装置，对材料的剪切力学性能进行测试。通过实验，对一些新材料进行剪切力学性能测试，研究其剪切力学特性，在应用中选择更为合适的材料承受剪切力，不但能充分利用材料的优势，更能节省成本，防止材料在应用中发生破坏造成一些事故或者没必要的损失。论文对材料力学性能原位测试技术发展现状进行了综合分析，在此基础上设计出了一种测试材料剪切力的测试装置。论文对国内外力学性能测试技术进行了综合分析，在此基础上提出了剪切力学性能测试装置的总体设计方案，对测试装置的工作原理进行了分析，其工作模块主要包括精密的驱动单元、精密的传动单元、信号检测单元、执行单元以及实验过程中的观测方式，对各个执行单元的工作原理进行了分析，对机构整体进行了有限元仿真分析和结构优化。本测试装置使用的是阿尔泰的数据采集卡，型号为USB2817，模拟量采集采用单端模拟量输入连接方式，通过这种连接方式对处理之后的位移传感器和力传感器的放大信号进行采集，利用与阿尔泰USB2817数据采集卡配套使用的软件实现所采集信号的实时显示，获得测试过程中试件变形量以及加载载荷值。由计算机通过串口对电机驱动器发送代码，通过这些定义过的代码就可以实现电机的加速、减速以及匀速运转，得到测试所需要的各种加载模式。通过对国内外显微成像技术的应用与分析，得出了对于材料力学性能的原位测试，可以利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描探针显微镜等进行测试。利用一定的观测设备进行原位测试中，可以实时的观测到材料的破坏机理，与常规的观测方法相比，原位测试能更进一步判定材料的性能与强度。在本测试装置中通过使用显微成像仪器光学数码显微镜，可以实现材料在载荷作用下的实时的微观结构观测和剪切力学性能测试，将材料在测试过程中的微观结构变化与得到的剪切力学性能曲线结合起来，然后进行分析，有助于对材料微观机理的进一步研究。在本套设备还选用了不同种材料、不同尺寸的试件进行多次剪切测试，将得到的结果与材料自身相关的参数进行对比。实验结果表明，本测试装置可以进行材料剪切力学性能测试，并且性能稳定，同时借助特定的成像设备光学数码显微镜进行剪切过程中的微观结构变化的研究，材料的剪切力学性能分析提供借鉴。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH87
【目录】：

下载全文更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 沈申生;;差动变压器式位移传感器检测系统研究[J];传感器与微系统;2006年03期

2 兰峰枫;张天宏;;一种用于位移测量装置校准的LVDT模拟器[J];传感器与微系统;2006年03期

3 朱超甫;力传感器输出曲线的线性化处理[J];传感器世界;1997年04期

4 贾静科;基于AD598的差动变压器式位移传感器[J];传感器世界;2000年09期

5 朱超甫,李元,陈虎平,宋惠改;多个力传感器的共同测试技术[J];传感器世界;2001年05期

6 廖晓玲;李贺军;李新涛;候党社;;3DC/C复合材料的弯曲行为[J];材料工程;2006年06期

7 杨波 ,刘延波;具有USB2.0接口的高速数据采集卡设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2004年04期

8 史铁钧,徐鼐,吴德峰,王华林,周亚斌,任强;双单体原位接枝插层法制备聚丙烯纳米复合材料的研究Ⅰ.制备、表征及力学性能的研究[J];高分子学报;2003年04期

9 戴蓉;谢铁邦;;新型一维位移工作台的设计及特性分析[J];光学精密工程;2006年03期

10 姜军生,杨祖孝;精密滚动直线导轨的参数选择与校核计算[J];机床与液压;2001年05期

【共引文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 汪信,张金柱,涂忠亮,张江润,杨绪杰,陆路德;高性能纳米TiO_2/HIPS复合材料的研制[J];工程塑料应用;2001年02期

2 戴芳,闫恒梅,孙安垣;2000年我国热塑性工程塑料进展[J];工程塑料应用;2001年04期

3 张金柱,汪信,陆路德;纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用[J];工程塑料应用;2001年05期

4 王柯,张琴,吴照勇,杜荣昵,傅强;聚丙烯纳米复合材料的研究进展[J];工程塑料应用;2001年12期

5 张洪亮,黄志杰,韩忠,马庆维;纳米SIO-X改性PP\POE复合材料冲击性能的研究[J];工程塑料应用;2002年11期

6 林志丹,黄珍珍,张宇,麦堪成;PP/改性纳米CaCO_3复合材料力学性能与断裂形态研究[J];工程塑料应用;2003年09期

7 孙萍;孙伟;张亮;;基于指纹识别技术的智能小区门禁系统的设计[J];安防科技;2010年01期

8 董守愚;浅谈仿生传感器[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年Z1期

9 赵英红;;基于GPRS的大棚智能监控系统的设计与实现[J];安徽农业科学;2008年18期

10 郭晓霞;俞国胜;肖爱平;;基于MSP430单片机的生物质燃料常温成型机控制系统的设计[J];安徽农业科学;2011年20期

中国重要会议论文全文数据库前10条

1 祖鹏举;;CDM监测系统研发与应用[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2011）[C];2011年

2 邓静;吴兰鹰;;光驱头悬丝的结构成分和力学性能分析[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年

3 蔡顺燕;耿正波;石会路;詹鹏;;核子秤中电离电流信号采集模块的实现[A];全国第六届核仪器及其应用学术会议论文集[C];2007年

4 刘文红;戴卫;杨健;;基于CPLD的可编程固态数据存储装置设计[A];四川省电子学会传感技术第九届学术年会论文集[C];2005年

5 陈樟;苏伟;万敏;;MEMS材料力学性能测试方法综述[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年

6 王长春;袁慎芳;邱雷;;基于CAN总线的分布式温度测量系统的设计与实现[A];2012航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2012年

7 孙宝玉;付立成;;基于压电陶瓷的微位移机构动态特性研究[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

8 董文雯;黄英;何辅云;;在役管线无损检测设备的研究[A];安徽省装备制造业发展论坛会论文集[C];2003年

9 陈志新;刘莹;;准分子激光加工表面形貌分形参数表征研究[A];第七届全国摩擦学大会论文集（二）[C];2002年

10 李瑰贤;;微机械动力学的研究与发展[A];首届七省区市机械工程学会科技论坛论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库前10条

1 王淑珍;基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究[D];华中科技大学;2010年

2 程广贵;复合纳米薄膜制备及其摩擦学行为研究[D];江苏大学;2010年

3 郑军红;基于知识工程的智能夹具设计系统构建研究[D];浙江大学;2010年

4 张爱敏;快速热循环注塑材料ABS/PMMA的物理改性及其成型性能研究[D];山东大学;2010年

5 王炳雷;微结构尺寸效应研究及其应用[D];山东大学;2011年

6 李立峰;北方寒冷地区分娩母猪舍环境监控系统的研究[D];内蒙古农业大学;2011年

7 廖文波;聚丙烯酸酯/纳米SiO_2杂化乳液和涂膜的制备与性能[D];华南理工大学;2011年

8 张双燕;化学成分对木材细胞壁力学性能影响的研究[D];中国林业科学研究院;2011年

9 杨海波;多孔硅基MEMS非制冷红外探测器微结构与工艺研究[D];天津大学;2010年

10 周健;铜箔力学性能的尺寸效应及微拉深成形研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库前10条

1 王岩庆;高校用水计量与远程抄表管理系统的设计[D];山东科技大学;2010年

2 张传晖;煤矿架空乘人装置的系统研究[D];山东科技大学;2010年

3 于振涛;矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究[D];山东科技大学;2010年

4 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年

5 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年

6 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年

7 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年

8 王建军;镍钛合金堵闭器钽镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 吴富民;柴油机数字式电子调速器的设计与开发研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 管昌雨;反应磁控溅射制备组分可控的B-C-N薄膜[D];大连理工大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 程方晓,孙静波,吴瑞芝;差动变压器位移传感器的误差与精度[J];长春大学学报;2003年01期

2 沈洪源;褚金奎;张段芹;罗汝林;;微构件力学性能片外拉伸测试装置[J];传感器与微系统;2007年07期

3 朱超甫;力传感器输出曲线的线性化处理[J];传感器世界;1997年04期

4 宋国君,舒文艺;聚合物基纳米复合材料[J];材料导报;1996年04期

5 徐志刚,黄克正,艾兴,李景山,霍志璞,赵莉;支持概念设计的产品信息网络模型[J];工程图学学报;1999年02期

6 李颖,谢续明;马来酸酐-苯乙烯多组分单体熔融接枝聚丙烯的机理研究[J];高等学校化学学报;2000年04期

7 吴唯,徐种德;纳米刚性微粒与橡胶弹性微粒同时增强增韧聚丙烯的研究[J];高分子学报;2000年01期

8 方晓萍，欧玉春，冯宇鹏，李连娣;高填充聚丙烯材料的增强和增韧[J];高分子材料科学与工程;1996年03期

9 吕建坤,柯毓才,漆宗能,益小苏;环氧/粘土纳米复合材料的形成机理与性能[J];高分子通报;2000年02期

10 刘品宽,孙立宁,曲东升,荣伟彬;新型二维纳米级微动工作台的动力学分析[J];光学精密工程;2002年02期

中国重要会议论文全文数据库前1条

1 李贺军;曾燮榕;李克智;;我国碳/碳复合材料研究进展[A];西部大开发科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

【相似文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 赵亚哥白;丛欣建;张新;毛晨曦;李素超;;静动力荷载下不锈钢丝金属橡胶的剪切力学性能[J];东北林业大学学报;2011年08期

2 ;[J];;年期

3 ;[J];;年期

4 ;[J];;年期

5 ;[J];;年期

6 ;[J];;年期

7 ;[J];;年期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库前1条

1 白美林;微观力学性能原位剪切测试装置的设计与试验研究[D];吉林大学;2014年