多场耦合显微载力组织测定装置研发

发布时间：2017-09-27 09:22

  本文关键词：多场耦合显微载力组织测定装置研发

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【摘要】：随着微电子、集成微光机电系统、表面工程、生物和医学材料等的飞速发展,使得其应用和开发的器物装置的特征尺寸越来越小,而对于此类微尺寸力学特性下的结构和器件的设计性能要求也越来越高,比如微部件的制造,微试件的加工、装载,微位移的制动,微位移的测控等,都对微构件材料力学性能有一定要求。因这些器件设计的不断微小化,传统宏观材料力学性能的测定装置和测定方法大多已不再适用。为此研发者们通过不断的努力研发出了很多微拉伸试验设备,但这些装置大多都只能反映材料常温情况下材料力学性能变化规律与材料微观结构的联系,不能揭示当前高温或变温情况下材料力学性能变化规律与材料微观结构的联系。多晶材料在今天的微尺度结构和器件中均获得了广泛的应用,因此基于晶粒尺度的多晶材料力学性能研究具有重要的理论意义和应用价值,特别是高温或变温情况下的多晶材料力学性能研究具有重要的理论意义和应用价值。因此,有必要研究一种不仅能够在常规变形条件下,而且也能够在特殊变形条件下,如加热状态、冷却状态或高温恒温条件下的微尺度的力学性能变化规律与材料微观结构之间的关系研究。为解决上述的种种问题,本文研发了一套专门用于检测微尺寸材料宏观力学性能,以及表面微观组织信息的多场耦合显微载力组织测定装置。该装置将微拉伸、温控、成像及数据采集四大模块耦合于一体,通过虚拟仪器平台,实现各模块的运行控制,以及相应数据的采集处理,使材料在实验中不仅能获得力学性能及微观形貌数据,还能对试件进行温变控制。该装置采用高精密步进电机作为制动力：采用金相显微镜和CCD耦合电路来进行成像和图像采集与存储；利用高精微圆柱压力传感器对夹持试件的拉伸力进行实时采测；利用LVDT型微位移传感器对微尺寸试件的形变量进行跟踪采测；利用PID数字化控制算法进行温度模块的伺服控制。同时还进行了数据采集系统研究,研究信号的转变原理及处理方法,阐述了数据采集的原理和方法,并介绍了数据采集系统的设计方法；以LabVIEW虚拟平台编写多场耦合显微载力组织测定装置的测控软件,主要包括微制动模块的控制、测量系统控制、温度PID数字化伺服控制等功能。最后用此多场耦合显微载力组织测定装置对AZ31镁合金试件做了单向高温微拉伸试验,得出了试件的应力与应变曲线变化曲线,计算得出AZ31镁合金试件的屈服强度为202.5MPa,抗拉强度为206MPa,伸长率为0.34。同时通过成像模块的图像采集,还得到了AZ31镁合金试件在250℃下各个时间段的晶体变化情况。通过对比已有的检测结果,发现本文试验结果同国外一部分研究单位的数据基本一致,证明了该装置的可行性。同时,对该多场耦合显微载力组织测定装置的未来进行了评估和展望。
【关键词】：微构件 微观组织 微拉伸 数据采集 镁合金
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH87
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 微机电系统介绍12-14
• 1.3 国内外研究现状14-20
• 1.4 课题主要内容及结构20-22
• 第2章 微尺度拉伸装置设计22-38
• 2.1 拉伸装置的设计要求及实施方案22-23
• 2.2 装置的组成模块23-36
• 2.2.1 整机设计23-24
• 2.2.2 微构件拉伸模块设计24-29
• 2.2.3 温控模块设计29-31
• 2.2.4 成像模块设计31-34
• 2.2.5 测控模块设计34-36
• 2.3 本章小结36-38
• 第3章 数据采集系统研究38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 信号处理38-42
• 3.2.1 信号转换原理40-41
• 3.2.2 信号处理方法41-42
• 3.3 数据采集模块设计42-48
• 3.3.1 数据采集原理42-43
• 3.3.2 数据采集系统设计方法43-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 试验分析与研究49-60
• 4.1 引言49
• 4.2 实验材料分析49-50
• 4.2.1 镁合金性能分析及应用49-50
• 4.3 微拉伸试验50-58
• 4.3.1 试验方法50-51
• 4.3.2 温控系统matlab仿真51-53
• 4.3.3 信号处理实验53-54
• 4.3.4 实验结果分析54-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 全文总结60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文67

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本文编号：928877