作品名稱：原位劃痕與熱場耦合測試儀
學校名稱：鹽城工學院
參賽隊伍：果寶特攻
參賽學生：王晨驍 曹龍 吳宇
指導老師：侯鵬亮 李鳳芹
隨著第四次科技革命的出現(xiàn)，微納米技術與軟件、通信技術、傳感器相融合，已經(jīng)在不斷地改變著現(xiàn)在人們所熟知的世界，而越來越多的工業(yè)產(chǎn)品受其影響，向著更加便捷化、精細化的方向發(fā)展。微觀尺度下的材料力學性能的要求也需要更深層次的探索。與傳統(tǒng)的材料力學性能的校驗方式不同(如拉伸、剪切、彎曲)，微觀尺度下的劃痕技術有著更明顯的優(yōu)點，可以更全面地收集材料的形變情況、材料損傷、載荷、法向力與切向力等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)各參數(shù)之間存在的微觀規(guī)律性。此外，納米劃痕技術近幾年也已經(jīng)應用于生物工程、微機技術、機械制造及醫(yī)學等領域。眾多數(shù)據(jù)表明，宏觀尺度的基礎理論并不能解釋微觀納米尺度下材料的形變與損傷。因此，開展微觀尺度下劃痕技術的設計研究可以幫助我們對材料微觀的力學體系有更加完善的認識。
本次設計的原位劃痕與熱場耦合測試儀采用的方案：首先確定一個完整的原位劃痕與熱場耦合測試儀由基座、導軌、驅動單元壓電陶瓷、柔性鉸鏈、壓頭、力傳感器、XY軸劃痕組件組成。為了保證整個設備的穩(wěn)固性，選用了剛度高的一體式基座設計，幾何尺寸為184×135×85mm。進行其余機械組件的布局，依次進行壓頭、驅動電機、驅動單元部分、高能聚光燈的選型，按照壓頭—驅動單元—驅動電機—高能聚光燈的順序進行連接與組裝。完成測試裝置的設計，確定X軸劃痕組件與Y軸劃痕組件的構成，選用三軸力傳感器，實時監(jiān)測測量過程中的應力變化。采用合適的PLC系統(tǒng)，并借助蝸輪蝸桿組與絲杠螺母，實現(xiàn)Z軸調整機構的超低速直線運動，用LabVIEW對壓電疊堆進行控制，來完成劃痕測試。實現(xiàn)了原位劃痕與熱場耦合儀多方位的材料性能的測量。
該產(chǎn)品彌補了傳統(tǒng)劃痕方式中無法計算劃痕力波動的缺陷，便于更好地研究材料的力學規(guī)律，并結合熱場耦合技術，直觀地觀測材料在不同溫度下的各種力學性能。
