便携式微米压入仪的主机结构设计

摘要

本文以课题组前期的便携式微米压入仪研制为基础，优化压入仪主机结构的设计，旨在实现主机结构刚度和稳定性的提升，以便获得结构合理和功能可靠的主机。目标压入仪属于宏观低载荷范围，它拓宽纳米压入仪的载荷量程上限，降低对试样和环境的要求;同大载荷的宏观压入仪相比，减少载荷可以降低机架柔度的影响、设计的难度和成本。其使用场合为现场/野外工况，要求仪器兼具便携性和灵活性，因此目标的便携式微米压入仪具有显著的工程应用价值。本文主要内容如下:
　　(1)本文介绍仪器设计的基本要素，包括驱动装置、驱动方式、载荷测量、位移测量原理和装置的选用原则，并详细介绍便携式微米压入仪的结构原理。
　　(2)在优化初始版主机结构的基础上，提出改进版主机结构的设计方案。通过解析方法校核改进版主机的机架刚度，并通过有限元模拟验证主机结构的稳定性和合理性。
　　(3)校准改进版原理性压入测试样机，在校准中发现目前版本主机存在的问题，对结构、技术和功能方面的缺陷进行汇总和分析。
　　(4)结合原理性测试样机校准中发现改进版主机的问题，通过技术提升、结构优化和功能拓展等，提出提高版主机结构设计方案，以便设计结构合理和功能可靠的主机结构。
　　本论文为未来便携式微米压入仪器的研制积累技术储备和提供参考依据，推动便携式压入仪器从原理性样机到工程应用仪器的研制。

目录

声明

摘要

1．1 材料的力学性能测试

1．2 仪器化压入方法的发展

1．3 仪器化压入仪器的发展

1．3．1 国外压入仪的发展

1．3．2 国内微米压入仪的发展

1．4 便携式压入仪的发展

1．5 本论文的研究工作内容

第2章 仪器设计的基本要素

2．1 设计原理和选用

2．1．1 驱动设计

2．1．2 驱动控制

2．1．3 载荷测量

2．1．4 位移测量

2．2 结构原理

2．3 小结

第3章 改进版主机结构设计和分析

3．1 设计参照

3．2 结构设计

3．2．1 初始版结构设计

3．2．2 改进版结构设计

3．2．3 结构优化对比

3．3 刚度校核

3．3．1 模型等效

3．3．2 刚度计算

3．4 有限元分析

3．4．1 模态分析

3．4．2 静力分析

3．5 小结

第4章 仪器校准和分析

4．1 接触刚度-接触深度方法

4．2 结构刚度校准

4．2．1 校准原理

4．2．2 校准过程

4．3 校准问题汇总和分析

4．3．1 技术限制

4．3．2 结构问题

4．3．3 功能需求

4．4 小结

第5章 提高版主机设计

5．1 优化改进方案

5．1．1 技术提升

5．1．2 结构优化

5．1．3 功能拓展

5．2 提高版结构设计

5．2．1 设计结构

5．2．2 工作原理

5．3 小结

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果

附录