(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211404325.7 (22)申请日 2022.11.10 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市钱塘区学源街 258号 (72)发明人 陈俊甫　陈彦泽　陈富宇　王疆瑛　 张景基　杜汇伟　朱泽洁　宗泉　 叶永春　 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G01N 3/22(2006.01) (54)发明名称 一种DIC辅助应变测量微型拉伸-扭转复合 加载试验机 (57)摘要 本发明公开了一种DIC辅助应变测量微型拉 伸‑扭转复合加载试验机， 属于材料力学测试仪 器领域。 试验机采用水平结构布置， 主要由基座、 拉伸加载模块、 扭转加载模块、 信号采集模块、 试 样夹持模块、 DIC应变测量模块组成； 拉伸加载动 力由伺服电机输出并借助螺母旋转式滚珠丝杆 副实现轴向拉伸， 扭转加载动力由伺服电机输出 并通过同步带使扭转主轴旋转实现面内扭转， 二 者配合实现拉伸 ‑扭转复合加载； 通过拉扭复合 传感器， 位移传感器， 增量式光电编码器记录拉 伸载荷‑位移曲线以及扭矩 ‑转角曲线。 本发明结 构小巧， 适合对微尺度试样进行复合加载， 借助 DIC技术获取试样表面的主次应变和剪切应变， 揭示材料在多轴载荷下的力学响应和变形机制。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 115508186 A 2022.12.23 CN 115508186 A 1.一种DIC辅助应变测量微型拉伸 ‑扭转复合加载试验机， 其特征在于： 整体采用水平 结构布置， 包括基座(1)、 拉伸加载模块、 扭转加载模块、 信号采集模块、 试样夹持模块、 DIC 应变测量模块； 所述拉伸加载模块与扭转加载模块水平对称安装在基座(1)的两侧； 所述拉 伸加载模块通过伺服电机I(10)输出动力， 经过行星减速机I(7)减速度增扭矩后， 通过同步 带I(4)、 主动 带轮I(6)、 从动 带轮I(32)同步带动螺母旋转式滚珠丝杆副的螺母(3)产生同 步旋转运动， 进而带动螺杆(31)进行直线运动以实现拉伸加载； 所述扭转加载模块通过伺 服电机II(11)输出动力， 经过行星减速机II(13)减速度增扭矩后， 通过同步带II(14)、 主动 带轮II(15)、 从动 带轮II(20)同步带动扭转主轴(22)实现扭转加载； 所述信号采集模块采 用拉扭复合传感器(27)采集拉伸载荷与扭矩， 位移传感器(8)采集拉伸位移， 增量式光电编 码器(17)采集扭转角度； 所述试样夹持模块分为两部分， 分别安装于拉伸加载模块与扭转 加载模块以固定试样； 所述DIC应变测量模块位于试样(25)正上方， 采用高分辨率CCD工业 相机进行实时拍摄， 搭载数字图像相关技术处理生成单调拉伸、 单调扭转以及拉伸 ‑扭转复 合加载过程中试样(25)表面的主次应 变和剪切应 变。 2.根据权利要求1所述的一种DIC辅助应变测量微型拉伸 ‑扭转复合加载试验机， 其特 征在于： 所述拉伸加载模块包括伺服电机I(10)、 行星减速机I(7)、 主动 带轮I(6)、 同步带I (4)、 从动带轮I(32)、 螺母旋转式滚珠丝杆副螺母(3)、 螺母旋转式滚珠丝杆副螺母支撑固 定架(2)、 螺母旋转式滚 珠丝杆副螺杆(31)、 直线导轨(30)、 立式支撑座(5、 21)、 圆法兰直线 轴承(28)、 拉伸端支撑座(29)； 所述伺服电机I(10)与行星减速机I(7)同轴安装并固定在所 述基座(1)上； 所述主动带轮I(6)通过键槽和顶丝连接夹紧行星减速机I(7)的输出轴； 所述 螺母旋转式滚珠丝杆副螺母(3)固定在螺母旋转式滚珠丝杆副螺母支撑固定架(2)上， 并通 过同步带I(4)将 螺母旋转式滚 珠丝杆副螺母(3)上的从动带轮I(32)与主动带轮I(6)连接； 所述直线导轨(30)两端置于立式支撑座(5、 21)上， 圆法兰直线轴承(28)贯穿直线导轨(30) 并安装于拉伸端支撑座(29)的法兰孔中； 所述拉伸加载模块采用伺服电机I(10)输出初始 动力， 通过行星减速机I(7)减速度增扭矩输出至主动带轮I(6)， 再通过同步带I(4)带动与 螺母旋转式滚珠丝杆副螺母(3)固定的从动带轮I(32)产生同步旋转运动， 进而 带动螺母旋 转式滚珠丝杆副螺杆(31)进行直线运动实现 拉伸加载。 3.根据权利要求1所述的一种DIC辅助应变测量微型拉伸 ‑扭转复合加载试验机， 其特 征在于： 所述扭转加载模块包括伺服电机II(11)、 行星减速机II(13)、 主动带轮II(15)、 同 步带II(14)、 从动带轮II(20)、 扭转主轴(22)、 直线导轨(30)、 立式支撑座(5、 21)、 开口固定 环(33)、 圆法兰直线轴承(28)、 扭转端支撑座(23)； 所述伺服电机II(11)与行星减速机II (13)同轴安装并固定在所述基座(1)上； 所述主动 带轮II(15)通过键槽连接行星减速机II (13)， 并通过固定环夹紧行星减速机II(13)的输出轴； 所述从动 带轮II(20)通过键槽固定 连接在扭转主轴上(22)并通过所述同步带II(14)连接主动带轮II(15)； 所述直线导轨(30) 两端置于立式支撑座(5、 21)上， 圆法兰直线轴承(28)贯穿直线导轨(30)并安装于扭转端支 撑座(23)的法兰孔中； 所述开口固定环(33)贯穿直线导轨(30)， 通过使用螺丝压紧限制扭 转端支撑座(23)的轴向位移； 所述扭转加载模块采用伺服电机II(11)输出初始动力， 经过 行星减速机II(13)减速度增扭矩后， 通过同步带II(14)、 主动带轮II(15)、 从动带轮II(20) 同步带动扭转主轴(2 2)实现扭转加载。 4.根据权利要求1所述的一种DIC辅助应变测量微型拉伸 ‑扭转复合加载试验机， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115508186 A 2征在于： 所述信号采集模块包括增量式光电编码器(17)、 编码器支撑架(19)、 位移传感器 (8)、 拉扭复合传感器(27)、 连接法兰(18)； 所述增量式光电编码器(17)通过螺栓螺母与编 码器支撑架(19)连接固定， 通过键槽和连接法兰(18)固定， 连接法兰(18)与扭转主轴(22) 通过螺栓螺母连接固定， 从而传导旋转角度实现扭转角度测量； 位移传感器(8)两端分别固 定在扭转端支撑座(23)和拉伸端支撑座(29)上， 实现拉伸加载时的轴向位移测量； 拉扭复 合传感器(27)一端与拉伸端支撑座(29)固定， 另一端与试样夹持模块的拉伸夹具(24)固 定， 从而实现单调拉伸、 单调扭转以及拉伸 ‑扭转复合加载过程中拉伸载荷和扭转扭矩的测 量。 5.根据权利要求1所述的一种DIC辅助应变测量微型拉伸 ‑扭转复合加载试验机， 其特 征在于： 所述试样夹持模块包括拉伸端夹具(24)、 拉伸端夹具套筒(26)、 扭转主轴(22)； 所 述拉伸端夹具(2 4)与拉伸端夹具套筒(26)通过四个螺丝固定连接， 拉伸端夹具套筒(26)通 过四个螺丝与拉扭复合传感器(27)固定连接， 扭转端夹具为扭转主轴(22)与夹具一体化设 计， 扭转主轴(2 2)由扭转端支撑座(23)支撑固定 。 6.根据权利要求1所述的一种DIC辅助应变测量微型拉伸 ‑扭转复合加载试验机， 其特 征在于： 所述DIC应变检测模块包括相机支架(12)、 相机固定底座(16)、 高分辨率CCD工业相 机(9)； 所述相机支架(12)固定在所述相机固定底 座(16)上， 所述高分辨率CCD工业相机(9) 固定在相机支架(12)上， 并置于所述试样(25)上方， 可通过相机支架(12)随时调整高分辨 率CCD工业相机(9)位置以契合试样(25)； 所述DIC应变检测 模块可拍摄并传输试样图像至 搭载数字图像相关技术的上位机实时处理生成单调拉伸、 单调扭转以及拉伸扭转复合加载 过程中试样表面的主次应 变和剪切应 变。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115508186 A 3