針對(duì)工程結(jié)構(gòu)在實(shí)際服役中面臨的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，傳統(tǒng)單軸力學(xué)試驗(yàn)難以真實(shí)反映材料多向受力變形特征，本文開(kāi)展面向復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的原位雙軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、構(gòu)建與綜合性能驗(yàn)證，為材料復(fù)雜力學(xué)行為研究提供高精度試驗(yàn)平臺(tái)。
 

　　該原位雙軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)以雙向獨(dú)立加載、原位實(shí)時(shí)觀測(cè)、多應(yīng)力場(chǎng)耦合為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要由高精度加載模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、原位觀測(cè)模塊及數(shù)據(jù)采集模塊組成。系統(tǒng)采用雙軸正交加載結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)拉 - 拉、拉 - 壓、壓 - 壓等多種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)精準(zhǔn)輸出，加載力閉環(huán)控制，位移分辨率可達(dá)亞微米級(jí)，確保試驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定可控。同時(shí)，系統(tǒng)集成高速成像與數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)，可在加載過(guò)程中同步捕捉材料表面變形場(chǎng)、裂紋擴(kuò)展路徑，實(shí)現(xiàn)宏觀力學(xué)響應(yīng)與微觀結(jié)構(gòu)演化的原位關(guān)聯(lián)觀測(cè)。
 

　　為驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性與測(cè)試精度，開(kāi)展多項(xiàng)性能試驗(yàn)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)定試驗(yàn)，結(jié)果表明系統(tǒng)力值誤差小于 1%，位移重復(fù)性精度優(yōu)異，滿足復(fù)雜應(yīng)力加載要求。開(kāi)展不同應(yīng)力比雙軸加載試驗(yàn)，系統(tǒng)可穩(wěn)定輸出預(yù)設(shè)應(yīng)力路徑，變形數(shù)據(jù)采集連續(xù)準(zhǔn)確。對(duì)比單軸與雙軸試驗(yàn)結(jié)果，該系統(tǒng)能夠有效模擬材料在復(fù)雜應(yīng)力下的非線性變形、屈服特性及損傷演化，突破傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)力狀態(tài)局限。
 

　　性能驗(yàn)證結(jié)果證明，所構(gòu)建的原位雙軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)具備加載精準(zhǔn)、控制穩(wěn)定、觀測(cè)實(shí)時(shí)、適用工況廣等優(yōu)勢(shì)，可滿足金屬、復(fù)合材料、高分子等多種材料的復(fù)雜應(yīng)力力學(xué)性能測(cè)試需求。該系統(tǒng)的成功構(gòu)建，補(bǔ)充了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下原位力學(xué)測(cè)試的技術(shù)短板，為材料變形機(jī)理研究、失效分析及結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估提供關(guān)鍵支撐，在航空航天、高端裝備、先進(jìn)制造等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。