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

　　該原位雙軸力學(xué)試驗系統(tǒng)以雙向獨立加載、原位實時觀測、多應(yīng)力場耦合為核心設(shè)計目標(biāo)，主要由高精度加載模塊、運動控制模塊、原位觀測模塊及數(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，確保試驗過程穩(wěn)定可控。同時，系統(tǒng)集成高速成像與數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)，可在加載過程中同步捕捉材料表面變形場、裂紋擴展路徑，實現(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。
 

　　為驗證系統(tǒng)可靠性與測試精度，開展多項性能試驗。通過標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)定試驗，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。開展不同應(yīng)力比雙軸加載試驗，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。對比單軸與雙軸試驗結(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)試驗設(shè)備的應(yīng)力狀態(tài)局限。
 

　　性能驗證結(jié)果證明，所構(gòu)建的原位雙軸力學(xué)試驗系統(tǒng)具備加載精準(zhǔn)、控制穩(wěn)定、觀測實時、適用工況廣等優(yōu)勢，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)性能測試需求。該系統(tǒng)的成功構(gòu)建，補充了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下原位力學(xué)測試的技術(shù)短板，為材料變形機理研究、失效分析及結(jié)構(gòu)可靠性評估提供關(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)用價值。