IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
电磁式微尺度扭转试验机的研制及其典型应用
Alternative TitleDevelopment of torsion tester for micro-scale materials based on electromagnetism with typical applications
代玉静
Thesis Advisor郇勇
2015
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline材料工程
Abstract扭转实验可以创造纯剪切应力环境、测试结果具有明确的物理意义,对研究纳米晶、金属玻璃、涂层/基体界面的力学行为是一种便捷、有效的手段。对于特征尺度≥100 mm的宏观尺度材料来说,商业化的扭转试验机可以满足测试需求。但对于特征尺度10−1 mm甚至更小的微尺度材料来说,扭矩急剧下降到10−4 N•m甚至更小,商业化的扭转试验机受扭矩分辨力的限制难以满足测试需要。因此迫切需要研制具有高扭矩分辨力的新试验机。本文针对微尺度材料扭转测试需要,基于电磁驱动兼扭矩测量原理研制了仪器化的扭转试验机。并采用该试验机对钨丝和金属玻璃纤维的扭转力学行为进行了实验研究,以检验试验机的有效性。 试验机的研制工作包括机械设计以及力学模型的分析。首先,对各部件设计方案进行了具体分析,包括:采用电磁线圈结构实现扭矩测量和驱动加载,采用电感式角度传感器实现扭转角的非接触测量,对机架和夹具进行了优化设计,以实现更好的试样夹持和对中效果。对诸如摩擦扭矩、引线刚度等一些影响试验机性能的关键因素进行了详细分析。其次,对试验机的技术指标进行了检验。结果显示:扭矩量程1.3×10-3 N•m,非线性度1%,扭矩噪音水平6×10-7 N•m。扭转角量程115 deg。 在此基础上,采用该试验机对钨丝和金属玻璃纤维进行了扭转测试。结果显示,钨丝的剪切模量平均值为165GPa,和宏观尺度块体钨的文献值(161GPa)接近。金属玻璃纤维在扭转中表现出很好的线性行为,剪切模量约20 GPa,这一参数对于流动单元理论的研究具有重要意义。这些典型应用显示该试验机对于微尺度材料力学行为的研究具有重要的应用价值。
Call Number31209
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55066
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
代玉静. 电磁式微尺度扭转试验机的研制及其典型应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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