基于新型压电驱动器的原位拉伸及疲劳测试仪器开发

发布时间：2017-09-12 04:03

  本文关键词：基于新型压电驱动器的原位拉伸及疲劳测试仪器开发

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【摘要】：材料科技是国民经济的基础，是一切高技术的先导。当前在我国，由于自主测试能力不足，对材料微观损伤机制不明确而造成的材料过早失效是引发重大恶性事故和人民生命财产损失的重要原因之一。原位力学测试是指在进行力学测试中，通过宏微观等成像仪器对载荷作用下材料变形损伤进行高分辨、可视化动态监测的技术。与传统的非原位测试相比，原位力学测试可将材料测试过程中的微观结构变化与力学性能发展结合起来分析，，从而有助于材料微观机理的深入研究。鉴于原位测试技术广阔的工程应用前景和巨大的科学研究价值，研制能够对材料的微观力学服役行为及变形损伤机制进行准确评估的原位拉伸及疲劳测试仪器具有重要意义。 本论文通过对材料微观力学性能原位测试技术发展现状进行综合分析，开发出一种基于新型压电驱动器的原位拉伸及疲劳测试仪器。首先，提出了新型的箝位原理利用自锁效应的斜块箝位原理。利用这种箝位原理，开发出两种基于斜块箝位的新型压电驱动器：混合驱动式压电驱动器和推进式压电驱动器。其次，建立了一套压电驱动器性能测试系统，并对这两种新型压电驱动器的驱动性能进行了试验测试，结果证明新型压电驱动器适用于待开发的原位拉伸及疲劳测试仪器。然后，基于混合驱动式压电驱动器设计开发了原位拉伸及疲劳测试仪器，并对该仪器进行了误差分析，建立了避免误差产生的闭环控制系统和仪器性能测试系统，考察了仪器的工作性能。经与美国MTS公司生产的液压力学测试系统进行测试结果比较，验证了该仪器的准确性和可靠性。最后，将所开发的原位拉伸及疲劳测试仪器与金相显微镜配合使用，对纯铜材料的力学性能进行了原位测试应用。本文开发的测试仪器在以下方面具有创新性： （1）所开发的压电驱动器利用斜块间的自锁效应进行箝位，与传统的箝位方式相比，箝位力大，箝位更加可靠。 （2）原位拉伸及疲劳测试仪器完全采用压电驱动，且拉伸测试模块与疲劳测试模块兼容性好，测试分辨率高，测试结果准确。 （3）仪器整体尺寸较小，与金相显微镜及其他成像设备可很好兼容。 经过试验证明，我们所研究开发的原位拉伸及疲劳测试仪器结构设计合理，工作原理新颖，测试精度高且结果可靠，能够实现被测试件的原位拉伸及疲劳测试。
【关键词】：压电驱动器 原位 拉伸 疲劳 测试仪器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 显微成像设备现状13-15
• 1.2.2 拉伸及疲劳测试仪器现状15-18
• 1.2.3 压电驱动现状18-21
• 1.3 本文主要研究内容21-23
• 第2章 基于斜块箝位的压电驱动器结构设计与分析23-37
• 2.1 基于斜块箝位的压电驱动器的整体结构与工作原理23-29
• 2.1.1 混合驱动式压电驱动器的整体结构设计23-24
• 2.1.2 混合驱动式压电驱动器的工作原理24-27
• 2.1.3 推进式压电驱动器的整体结构设计27
• 2.1.4 推进式压电驱动器的工作原理27-29
• 2.2 压电驱动器的设计与分析29-35
• 2.2.1 斜面的自锁效应29-30
• 2.2.2 箝位斜块的设计与分析30-32
• 2.2.3 混合驱动式驱动器动子的设计与分析32-33
• 2.2.4 推进式驱动器定子的设计33-34
• 2.2.5 推进式驱动器有限元分析34-35
• 2.3 本章小结35-37
• 第3章 基于斜块箝位的压电驱动器性能测试与分析37-55
• 3.1 压电驱动器性能测试系统37-39
• 3.2 混合驱动式压电驱动器的性能测试39-46
• 3.2.1 控制波形对混合驱动式驱动器输出性能的影响39-40
• 3.2.2 控制电压对混合驱动式驱动器输出性能的影响40-41
• 3.2.3 控制频率对混合驱动式驱动器输出性能的影响41-42
• 3.2.4 混合驱动式驱动器运动分辨率测试42-43
• 3.2.5 混合驱动式驱动器运动速度测试43-44
• 3.2.6 混合驱动式驱动器承载能力测试44-46
• 3.3 推进式压电驱动器的性能测试46-54
• 3.3.1 控制电压对推进式驱动器输出性能的影响46-47
• 3.3.2 推进式驱动器运动分辨率测试47-48
• 3.3.3 推进式驱动器运动速度测试48-49
• 3.3.4 推进式驱动器承载能力测试49-51
• 3.3.5 推进式驱动器寄生位移测试51-52
• 3.3.6 推进式驱动器振动频率测试52-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 原位拉伸及疲劳测试仪器结构设计与分析55-63
• 4.1 原位拉伸及疲劳测试仪器的整体方案设计55-56
• 4.2 原位拉伸及疲劳测试仪器的工作原理56-58
• 4.2.1 仪器驱动原理56
• 4.2.2 拉伸测试原理56-57
• 4.2.3 疲劳测试原理57-58
• 4.3 原位拉伸及疲劳测试仪器的误差分析58-59
• 4.4 原位拉伸及疲劳测试仪器的闭环控制59-60
• 4.5 本章小结60-63
• 第5章 原位拉伸及疲劳测试仪器性能测试63-71
• 5.1 原位拉伸及疲劳测试仪器性能测试系统63-64
• 5.2 原位拉伸及疲劳测试仪器性能测试64-69
• 5.2.1 样件制备64-65
• 5.2.2 原位拉伸测试试验65-66
• 5.2.3 原位疲劳测试试验66-67
• 5.2.4 拉伸及疲劳测试原位观测试验67-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第6章 结论与展望71-75
• 6.1 结论71-73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-81
• 作者简介81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王丽敏,李秋荣;CuCr合金在NaCl盐膜下的腐蚀行为[J];材料科学与工艺;2005年02期

2 陈隆庆,赵明f

本文编号：834943