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CN115389325A - 一种用于软材料测试的球形压痕实验台及实验方法 - Google Patents

一种用于软材料测试的球形压痕实验台及实验方法 Download PDF

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CN115389325A
CN115389325A CN202211170085.9A CN202211170085A CN115389325A CN 115389325 A CN115389325 A CN 115389325A CN 202211170085 A CN202211170085 A CN 202211170085A CN 115389325 A CN115389325 A CN 115389325A
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CN202211170085.9A
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杨庆生
单燕
郝兴楠
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Beijing University of Technology
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Beijing University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种用于软材料测试的球形压痕实验台和实验方法，包括上台体、下台体、上夹具、下夹具、压头槽、球形压头、支撑平板；支撑平板通过固定连接装设在下夹具上；实验平台为微型原位力学试验机，通过调整磁石，实现球形压头与支撑平板之间距离的可操控性；根据试样材料的大小选择适当的球形压头，通过磁力将球形压头固定于压头槽上，使得球形压头在进行压痕实验时对准试样材料；通过调整压头槽与上夹具的连接磁石，保证球形压头与支撑平板距离；把试样材料放置于支撑平板中心处，使试样表面与球形压头表面垂直中心齐平后，通过对试验机进行操作，调节升降台使软材料表面达到与压头表面微接触，使材料表面与球形压头表面接触。

Description

一种用于软材料测试的球形压痕实验台及实验方法
技术领域
本发明涉及材料实验测试领域，具体涉及一种用于软材料测试的球形压痕实验台及实验方法。
背景技术
现有微型原位力学试验机只能实现材料的拉伸以及压缩等力学性能的测试，软材料的质地软且具有一定的粘附性，当压头尺寸较小进行压痕实验时，材料容易将压头进行包覆，或者在进行压入后无法取出，从而实验进行困难。
纳米压痕仪只能进行微观尺度上的压痕实验，且其基本全部依赖进口，与纳米压痕仪搭配相关组件价格昂贵，其压头在进行软材料压痕过程中，软材料会与压头产生粘附作用，影响实验结果。
有鉴于此，需要提供一种用于软材料测试的球形压痕实验台及实验方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于软材料测试的球形压痕实验台。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于软材料测试的球形压痕的实验方法。
本发明可以实现对多种软材料的球形压痕实验，如软骨和水凝胶等含水软材料，保证材料的完整性和力学性能不受压头尺寸以及试样制备过程的影响，从而得到更精确的球形压痕实验数据。本发明可以实现通过宏观的球形压痕实验性能测试，可以很好的测得材料本身的力学性能，直观的观察到软材料的宏观变形程度。
为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：
本发明一种用于软材料测试的球形压痕实验台，包括上台体1、下台体2、上夹具3、下夹具4、压头槽5、球形压头6、支撑平板7；所述上台体1、下台体2分别与实验平台相连；所述上夹具3、下夹具4分别通过固定连接装设在上台体1、下台体2；所述压头槽5与上夹具3通过磁石吸附连接；所述球形压头6与压头槽5之间通过磁力固定；所述支撑平板7通过固定连接装设在下夹具4上。
作为方案进一步优化，所述的实验平台为微型原位力学试验机。
作为方案进一步优化，所述的固定连接为螺纹连接。
作为方案进一步优化，所述的压头槽5与上夹具3的磁石吸附连接，通过调整磁石，实现球形压头6与支撑平板7之间距离的可操控性。
作为方案进一步优化，通过更换不同的所述球形压头6，实现对不同实验材料的实验。
作为方案进一步优化，所述支撑平板7顶端是可以放置软材料的圆形载物台，根据试样材料的大小选择适当的支撑平板7。
利用本发明的一种用于软材料测试的球形压痕实验台进行实验，操作步骤如下：
1)、在进软材料测试的球形压痕实验时，先分别把上夹具3、下夹具4固定在上台体1、下台体2上；
2)、根据试样材料的大小选择适当的位置和支撑平板7，把支撑平板7通过固定连接装设在下夹具4；
3)、压头槽5与上夹具3的磁石吸附连接，通过调整磁石，实现球形压头6与支撑平板7之间距离的可操控性；
4)、根据试样材料的大小选择适当的球形压头6，通过磁力将球形压头6固定于压头槽5上，使得球形压头6在进行压痕实验时对准试样材料；
5)、通过调整压头槽5与上夹具3的连接磁石，保证球形压头6与支撑平板7距离；
6)、把试样材料放置于支撑平板7中心处，使试样表面与球形压头6表面垂直中心齐平后，通过对试验机进行操作，调节升降台使软材料表面达到与压头表面微接触，使材料表面与球形压头6表面接触；
7)、设定好试验机基本参数后，运行实验。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明可以实现对多种软材料的球形压痕实验，如软骨和水凝胶等含水软材料，
2、减少了由于试样对压头的粘附而进行实验时造成的压痕实验误差。
3、本发明基于微型原位力学试验机进行改进，在其压缩实验的基础上进行球形压痕实验，明显降低了实验成本，节约了实验时间且可信度较高，获得更为精准的材料的力学性能。
附图说明
图1一种用于软材料测试的球形压痕实验台正视图；
图2一种用于软材料测试的球形压痕实验台示意图；
图中：1、上台体，2、下台体，3、上夹具，4、下夹具，5、压头槽，6、球形压头，7、支撑平板。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
图1、图2显示本发明一种用于软材料测试的球形压痕实验台，包括上台体1、下台体2、上夹具3、下夹具4、压头槽5、球形压头6、支撑平板7；上台体1、下台体2分别与实验平台相连；所述的实验平台为微型原位力学试验机；
所述上夹具3、下夹具4分别通过固定连接装设在上台体1、下台体2，所述的固定连接为螺纹连接；
所述球形压头6与压头槽5之间通过磁力固定；压头槽5与上夹具3的磁石吸附连接，通过调整磁石，实现球形压头6与支撑平板7之间距离的可操控性；
所述支撑平板7通过固定连接装设在下夹具4上，所述的固定连接为螺纹连接；支撑平板7顶端是可以放置软材料的圆形载物台，根据试样材料的大小选择适当的支撑平板7；
通过更换不同的所述球形压头6，实现对不同实验材料的实验。
一种用于软材料测试的球形压痕实验台进行实验的操作步骤如下：
1)、在进软材料测试的球形压痕实验时，先分别把上夹具3、下夹具4固定在上台体1、下台体2上；
2)、根据试样材料的大小选择适当的位置和支撑平板7，把支撑平板7通过固定连接装设在下夹具4；
3)、根据试样材料的大小选择适当的球形压头6，通过磁力将球形压头6固定于压头槽5上，使得球形压头6在进行压痕实验时对准试样材料；
4)、压头槽5与上夹具3的磁石吸附连接，通过调整压头槽5与上夹具3的连接磁石，保证球形压头6与支撑平板7距离；
5)、把试样材料放置于支撑平板7中心处，使试样表面与球形压头6表面垂直中心齐平后，通过对试验机进行操作，调节升降台使软材料表面达到与压头表面微接触，使材料表面与球形压头6表面接触；
6)、设定好试验机基本参数后，运行实验。
实施例
用于软材料测试的球形压痕实验台，软材料可为软骨、生物器官、水凝胶等含水软材料，配合微型原位力学试验机，测试软材料的力学性能；根据软材料的不同，选择合适的球形压头6和支撑平板7。
上台体1、下台体2分别与微型原位力学试验机平台相连；所述上夹具3、下夹具4分别通过螺纹连接装设在上台体1、下台体2；支撑平板7通过螺纹连接装设在下夹具4上；支撑平板7顶端是放置软材料的圆形载物台，根据软材料的不同，选择合适的支撑平板7。
所述球形压头6与压头槽5之间通过磁力固定，球形压头6在进行压痕实验时对准试样材料；压头槽5与上夹具3的磁石吸附连接，通过调整压头槽5与上夹具3的连接磁石，保证球形压头6与支撑平板7距离；把试样材料放置于支撑平板7中心处，使试样表面与球形压头6表面垂直中心齐平后，通过对试验机进行操作，调节升降台使软材料表面达到与压头表面微接触，使材料表面与球形压头6表面接触。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何孰悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于软材料测试的球形压痕实验台，包括上台体(1)、下台体(2)、上夹具(3)、下夹具(4)、压头槽(5)、球形压头(6)、支撑平板(7)；其特征在于：所述上台体(1)、下台体(2)分别与实验平台相连；所述上夹具(3)、下夹具(4)分别通过固定连接装设在上台体(1)、下台体(2)；
所述压头槽(5)与上夹具(3)通过磁石吸附连接；所述球形压头(6)与压头槽(5)之间通过磁力固定；所述支撑平板(7)通过固定连接装设在下夹具(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于软材料测试的球形压痕实验台，其特征在于：所述的实验平台为微型原位力学试验机。
3.根据权利要求1所述的一种用于软材料测试的球形压痕实验台，其特征在于：所述的固定连接为螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于软材料测试的球形压痕实验台，其特征在于：所述的压头槽(5)与上夹具(3)的磁石吸附连接，通过调整磁石，实现球形压头(6)与支撑平板(7)之间距离的可操控性。
5.根据权利要求1所述的一种球形压痕实验台，其特征在于：通过更换不同的所述球形压头(6)，实现对不同实验材料的实验。
6.根据权利要求1所述的一种球形压痕实验台，其特征在于：所述支撑平板(7)顶端是放置软材料的圆形载物台，根据试样材料的大小选择适当的支撑平板(7)。
7.利用权利要求1所述的一种用于软材料测试的球形压痕实验台进行实验，其特征在于：实验方法操作步骤如下：
1)、在进软材料测试的球形压痕实验时，先分别把上夹具(3)、下夹具(4)固定在上台体(1)、下台体(2)上；
2)、根据试样材料的大小选择适当的位置和支撑平板(7)，把支撑平板(7)通过固定连接装设在下夹具(4)；
3)、根据试样材料的大小选择适当的球形压头(6)，通过磁力将球形压头(6)固定于压头槽(5)上，使得球形压头(6)在进行压痕实验时对准试样材料；
4)、压头槽(5)与上夹具(3)的磁石吸附连接，通过调整压头槽(5)与上夹具(3)的连接磁石，保证球形压头(6)与支撑平板(7)距离；
5)、把试样材料放置于支撑平板(5)中心处，使试样表面与球形压头(6)表面垂直中心齐平后，通过对试验机进行操作，调节升降台使软材料表面达到与压头表面微接触，使材料表面与球形压头(6)表面接触；
6)、设定好试验机基本参数后，运行实验。
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