一、測試原理：基于材料力學(xué)與彈性力學(xué)的多軸模擬
原位雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)的核心原理是通過在試樣上施加兩個垂直方向的拉力，模擬實(shí)際工程中材料承受的多軸向拉伸行為。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)包含以下關(guān)鍵點(diǎn)：
對稱加載與中心定位
試樣通常采用十字形或矩形設(shè)計，由四個執(zhí)行器對稱分布在試樣中心周圍。這種布局可精確控制試樣中心位置，消除額外彎曲應(yīng)力風(fēng)險，確保加載力均勻分布。例如，在金屬薄板測試中，對稱加載能避免試樣邊緣應(yīng)力集中導(dǎo)致的非線性變形。
力與位移的閉環(huán)測量
通過高精度傳感器(如應(yīng)變片式傳感器)實(shí)時監(jiān)測拉力，結(jié)合位移傳感器(如光柵尺)測量試樣變形。數(shù)據(jù)經(jīng)擴(kuò)大器和處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電信號，形成力-位移曲線。例如，某型號設(shè)備采用S型傳感器，示值精度達(dá)±0.5%，量程覆蓋100N至1000N，可精準(zhǔn)捕捉微小載荷變化。
多物理場耦合下的原位觀測
設(shè)備可搭配顯微觀測設(shè)備(如光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡)，實(shí)現(xiàn)材料微觀組織與宏觀變形的同步觀測。例如，在生物材料測試中，通過原位加載觀察細(xì)胞支架在電刺激下的力學(xué)響應(yīng)，為組織工程提供數(shù)據(jù)支持。
二、多軸加載控制技術(shù)：精度與靈活性的雙重保障
多軸加載控制技術(shù)是原位雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)的核心，其通過獨(dú)立控制各軸載荷與變形，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的精準(zhǔn)模擬。
雙軸獨(dú)立控制模式
比例加載：兩軸載荷按固定比例同步變化，模擬等雙軸應(yīng)力狀態(tài)(如薄膜材料的均勻拉伸)。
非比例加載：兩軸載荷獨(dú)立調(diào)節(jié)，模擬非對稱應(yīng)力狀態(tài)(如復(fù)合材料在彎曲載荷下的變形)。
單軸獨(dú)立加載：僅對單一方向施加載荷，用于對比單軸與雙軸測試結(jié)果。
例如，某設(shè)備通過商業(yè)化的自主知識產(chǎn)權(quán)控制器，支持位移、載荷、應(yīng)變和應(yīng)力的閉環(huán)控制，滿足正弦波、三角波等復(fù)雜波形加載需求。
高精度動態(tài)控制技術(shù)
速度調(diào)節(jié)范圍：覆蓋0.005~2000mm/min，支持靜態(tài)與動態(tài)加載。例如，在疲勞試驗(yàn)中，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)0.001~2Hz的循環(huán)加載頻率，模擬材料長期服役性能。
位移分辨率：通過滾珠絲杠與光柵尺組合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于0.0001mm的分辨率，滿足納米級形變監(jiān)測需求。
溫度控制：配備高低溫試驗(yàn)箱(-196℃~600℃)或恒溫水浴裝置(±0.1℃精度)，模擬極端環(huán)境下的材料行為。
智能化控制與數(shù)據(jù)分析
自適應(yīng)控制系統(tǒng)：根據(jù)材料特性自動調(diào)整加載路徑與環(huán)境參數(shù)。例如，在高溫測試中，系統(tǒng)通過溫度補(bǔ)償算法修正熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的額外應(yīng)力。
AI算法集成：實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)實(shí)時優(yōu)化與故障預(yù)測。例如，通過機(jī)器學(xué)習(xí)分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測試樣斷裂風(fēng)險并提前調(diào)整加載速率。
多尺度數(shù)據(jù)融合：結(jié)合宏觀力學(xué)性能與微觀組織變化，構(gòu)建材料行為模型(如von Mises準(zhǔn)則、最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則)，提升測試結(jié)果解釋力。
三、技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景
原位雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)通過多軸加載控制技術(shù)，顯著提升了材料測試的精度與實(shí)用性，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：
更貼近實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)模擬
雙軸加載模式能真實(shí)反映材料在復(fù)雜工況下的力學(xué)響應(yīng)。例如，在土木工程中，設(shè)備可模擬土體在多向應(yīng)力下的承載能力，為地基設(shè)計提供依據(jù)。
高精度與高可靠性
設(shè)備采用無油、無噪音設(shè)計，減少環(huán)境干擾；結(jié)合高精度傳感器與閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。例如，某型號設(shè)備在-20℃~80℃溫度范圍內(nèi)，結(jié)合濕度控制(0%~95%RH)，模擬電池充放電循環(huán)環(huán)境，揭示隔膜在不同溫度下的穿刺強(qiáng)度與熱收縮率。
