本發(fā)明涉及材料性能測量領(lǐng)域，特別是涉及一種在掃描電鏡(sem)下使用的、針對(duì)微尺度材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測試的橫式測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

目前國際上微尺度材料的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測試技術(shù)極其稀缺，主要原因在于10^-3nm以下微小扭矩測量極其困難。

現(xiàn)有針對(duì)這方面的測量裝置，一般是在豎直狀態(tài)下進(jìn)行測試，這種姿態(tài)將影響sem的光路，而且測量裝置中驅(qū)動(dòng)裝置的電磁線圈的漏磁也會(huì)影響sem成像，因此現(xiàn)有的測量裝置不能和sem配合對(duì)細(xì)絲等材料進(jìn)行原位扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

此外，在非晶合金絲、納米晶纖維領(lǐng)域，也需要利用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行原位觀測，以獲取更多極為寶貴的變形信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中不能對(duì)微尺度材料進(jìn)行原位扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的問題，本發(fā)明提供一種在掃描電鏡(sem)下使用的、針對(duì)微尺度材料進(jìn)行扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能測試的橫式測試裝置及其測試方法。

特別地，本發(fā)明提供一種在電鏡下測量材料扭轉(zhuǎn)性能的橫式測試裝置，包括：

框架；

第一夾持部，安裝在所述框架上，包括安裝座和可旋轉(zhuǎn)地安裝在安裝座上夾持試樣的定夾具；

第二夾持部，安裝在所述框架上且與所述第一夾持部水平間隔相對(duì)，包括電磁驅(qū)動(dòng)裝置，和安裝在電磁驅(qū)動(dòng)裝置與所述定夾具相對(duì)一端夾持試樣的動(dòng)夾具，以及安裝在電磁驅(qū)動(dòng)裝置另一端的角度測量裝置；

控制裝置，用于設(shè)置試驗(yàn)方法和控制實(shí)驗(yàn)過程；

電子顯微鏡，用于在原位觀察位于所述定夾具和所述動(dòng)夾具之間試樣在實(shí)驗(yàn)過程中的變化。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述安裝座內(nèi)安裝有控制所述定夾具以安裝點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述定夾具包括與所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接的底板，和固定在底板上的柔性夾持框；所述柔性夾持框包括位于底板長度方向兩端的鋼絲柱，和分別與所述鋼絲柱固定的矩形鋼絲框架，兩個(gè)所述矩形鋼絲框架的未固定端相接觸。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述動(dòng)夾具包括十字相交的橫夾板和縱夾板，在橫夾板和縱夾板的兩端分別設(shè)置有夾持座，在橫夾板上安裝有橫夾板夾持試樣后使試樣垂直于橫夾板的限位板。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述橫夾板的中部設(shè)置有調(diào)整試樣夾持中心的調(diào)節(jié)孔。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述夾持座包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)夾持片，兩個(gè)所述夾持片的一側(cè)邊固定在所述縱夾板或橫夾板上，另一側(cè)邊在彈性下相互貼合。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括固定框架，和固定安裝在所述固定框架內(nèi)的磁柱，在所述磁柱的兩端與所述固定框架之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝有通電線圈，所述通電線圈通過軸桿與所述固定框架連接，在所述固定框架靠近所述動(dòng)夾具的一端設(shè)置有延伸至所述框架外的中心軸框架，所述動(dòng)夾具的縱夾板固定在所述中心軸框架上。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述中心軸框架上還安裝有力矩平衡架，所述力矩平衡架包括十字型的力矩桿，和分別通過螺紋方式擰在所述力矩桿各端頭上的配重螺母，所述力矩桿的固定中心與中心軸框架的旋轉(zhuǎn)中心對(duì)應(yīng)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述角度測量裝置為非接觸式角度傳感器，包括安裝在所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置與動(dòng)夾具相對(duì)一端的動(dòng)模塊，和安裝在框架上與動(dòng)模塊相對(duì)位置處的定模塊，定模塊與所述控制裝置連接。

本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式提供.一種使用前述橫式測量裝置的測試方法，包括如下步驟：

步驟100，將試樣兩端的試片分別夾持在定夾具和動(dòng)夾具上，并進(jìn)行對(duì)中和力矩平衡操作；

步驟200，通過控制模塊控制動(dòng)夾具和定夾具對(duì)試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，通過電子顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)過程并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

步驟300，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過參數(shù)轉(zhuǎn)換得出試樣所受力矩與轉(zhuǎn)角的關(guān)系；

步驟400，根據(jù)前述力矩和轉(zhuǎn)角的關(guān)系，由具體的力學(xué)模型，即可得出當(dāng)前試樣相應(yīng)的力學(xué)量。

本發(fā)明可以解決試樣橫向放置后轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量偏心所帶來的額外力矩問題，可以橫向工作，從而使電子顯微鏡實(shí)現(xiàn)原位觀察。此外，通過對(duì)中、力矩平衡、夾持功能為一體的動(dòng)端結(jié)構(gòu)，在保證各功能需求的同時(shí)，大大減小了整個(gè)裝置的體積，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程可在電子顯微鏡有限的空間中工作。通過可旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)夾持端使得試樣可以實(shí)現(xiàn)大角度多圈加載實(shí)驗(yàn)。

本發(fā)明的測試方法通過巧妙的實(shí)驗(yàn)方法步驟，可克服原有電磁驅(qū)動(dòng)裝置幾何約束的限制，實(shí)現(xiàn)大角度多圈加載實(shí)驗(yàn)，滿足更廣的實(shí)驗(yàn)需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的橫式測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的試樣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的動(dòng)夾具橫夾板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的電磁驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測試方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的橫式測試裝置一般性地包括一個(gè)用于安裝各種設(shè)備的框架10，安裝在框架10上分別夾持試樣50一端的第一夾持部30和第二夾持部40，控制實(shí)驗(yàn)過程的控制裝置以及觀察實(shí)驗(yàn)過程的電子顯微鏡(圖中未示出)。

第一夾持部30安裝在框架10的一端，包括與框架10固定的安裝座31，和可旋轉(zhuǎn)地安裝在安裝座31上以夾持試樣50的定夾具32。

第二夾持部40安裝在框架10的另一端且與第一夾持部30水平間隔相對(duì)，包括提供試樣50扭轉(zhuǎn)動(dòng)力的電磁驅(qū)動(dòng)裝置20，在電磁驅(qū)動(dòng)裝置20與定夾具32相對(duì)的一端安裝有夾持試樣50的動(dòng)夾具41，在電磁驅(qū)動(dòng)裝置20的另一端安裝有測量的動(dòng)夾具41旋轉(zhuǎn)角度的角度測量裝置60。

控制裝置用于設(shè)置試驗(yàn)方案和控制實(shí)驗(yàn)過程；包括提供工作電力、控制實(shí)驗(yàn)步驟以及采集數(shù)據(jù)和控制電子顯微鏡。該控制裝置可以包括具備輸入輸出硬件設(shè)備功能的計(jì)算機(jī)，供電設(shè)備、輸入輸出設(shè)備；其中的計(jì)算機(jī)也可以由工控機(jī)、單片機(jī)等來代替，通過預(yù)先編制的軟件實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)要求的編制和控制。供電設(shè)備可以是經(jīng)過處理的市電、畜電池等。輸入輸出設(shè)備可以控制實(shí)驗(yàn)中過程中的扭轉(zhuǎn)加載以及數(shù)據(jù)采集，如傳感器。

本實(shí)施方式中，第一夾持部30和第二夾持部40水平相對(duì)，分別夾持試樣50的一端，使試樣50處于水平狀態(tài)下，然后通過對(duì)中操作，使得試樣50能夠與定夾具32和電磁驅(qū)動(dòng)裝置20的中心旋轉(zhuǎn)軸對(duì)齊，再進(jìn)行力矩平衡操作，然后通過控制裝置對(duì)試樣50進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，記錄下實(shí)驗(yàn)過程的各個(gè)轉(zhuǎn)角和驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，再根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算要求，即可得到相關(guān)的結(jié)果。在試樣50的扭轉(zhuǎn)過程中，其在自身軸線(實(shí)驗(yàn)時(shí)的中心旋轉(zhuǎn)軸)的位置本身不動(dòng)，可以通過電子顯微鏡在原位觀察位于定夾具32和動(dòng)夾具41之間的試樣50在扭轉(zhuǎn)過程中的變化。

本實(shí)施方式可以解決試樣50橫向放置后轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量偏心所帶來的額外力矩問題，可以橫向工作，從而使電子顯微鏡實(shí)現(xiàn)原位觀察。此外，通過對(duì)中、力矩平衡、夾持功能為一體的動(dòng)端結(jié)構(gòu)，在保證各功能需求的同時(shí)，大大減小了整個(gè)裝置的體積，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程可在電子顯微鏡有限的空間中工作。通過可旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)夾持端使得試樣可以實(shí)現(xiàn)大角度多圈加載實(shí)驗(yàn)。

如圖2所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在前述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，安裝座31垂直地固定在框架10上，在安裝座31內(nèi)安裝有控制定夾具32以安裝點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(圖中未示出)，定夾具32可以安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作狀態(tài)由控制裝置控制。通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以控制定夾具32在夾持試樣50后自動(dòng)按指定的方向和角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，定夾具32可以包括與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接的底板321，和固定在底板321上的柔性夾持框33；柔性夾持框33包括兩矩形鋼絲框架331，矩形鋼絲框架331一邊的兩個(gè)角(固定端)與固定在底板331兩端的鋼絲柱332固結(jié)，兩矩形鋼絲框架331的位置相互對(duì)稱，矩形鋼絲框架331平面懸空平行于底板321，兩矩形鋼絲框架331相對(duì)的一端(自由端)貼合接觸。

試樣50插在兩矩形鋼絲框架331自由端中間的空隙中，通過矩形鋼絲框架331自由端擠壓所產(chǎn)生的摩擦力夾持在定夾具32上。由材料力學(xué)計(jì)算，矩形鋼絲框架331的自由端在中心旋轉(zhuǎn)軸線方向的剛度相比于垂直于此軸線方向的剛度很小，可在提供力矩和夾持力時(shí)，保證中心旋轉(zhuǎn)軸方向的力很小，在實(shí)驗(yàn)需要整個(gè)裝置傾轉(zhuǎn)而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部件有中心旋轉(zhuǎn)軸方向相對(duì)位移的時(shí)候，試樣50不會(huì)因?yàn)檩S向移動(dòng)而受到很大的軸向力作用，且可以保持旋轉(zhuǎn)中心位置軸不變。

進(jìn)一步地，在能夠保持試樣50穩(wěn)定的情況下，該矩形鋼絲框架331可設(shè)置成不同的平面形狀，只要滿足剛度要求即可。

如圖3、4、5所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，該動(dòng)夾具41包括十字相交的橫夾板411和縱夾板412，橫夾板411上安裝有與橫夾板411垂直且十字形相交的限位板414，限位板414的中心位置設(shè)置有向橫夾板方向凹進(jìn)的限位槽415的，限位板414的兩端被夾持在縱夾板412的夾持座上，在橫夾板411兩端設(shè)置有夾持座413，用于夾持試片51?？v夾板412與電磁驅(qū)動(dòng)裝置20連接。

在本實(shí)施方式中，為方便夾持試樣50并保持試樣50在扭轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定，在試樣50的兩端分別固定連接一個(gè)試片51，試片51與試樣50平行，且試樣50垂直固定在試片51一個(gè)側(cè)邊的中部，兩邊的試片51位于同一水平面上，整個(gè)結(jié)構(gòu)為“工”字形。

橫夾板411和縱夾板412與試片51垂直，試片51被橫夾板411上的夾持座413夾持，試片51的中部卡入限位板414上的限位槽415內(nèi)，限位槽415可以使插入的試片51保持垂直于橫夾板411與縱夾板412的狀態(tài)。

采用十字形的結(jié)構(gòu)，可以使橫夾板411相對(duì)于縱夾板412能調(diào)整的方向，和試片51相對(duì)于橫夾板411能調(diào)整的方向相互垂直，因此，可以實(shí)現(xiàn)試片51在垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸平面內(nèi)任意位置的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)試樣50軸向與中心旋轉(zhuǎn)軸向?qū)χ小?/p>

進(jìn)一步地，為方便對(duì)試樣50軸向與中心旋轉(zhuǎn)軸向?qū)χ小Ｔ诒景l(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，可以在橫夾板411的中部設(shè)置觀察并調(diào)整夾持中心的調(diào)節(jié)孔416，調(diào)節(jié)孔416是一個(gè)貫穿橫夾板411的通孔，其形狀可以是圓形或是方形，通過對(duì)稱的調(diào)節(jié)孔416，可以看到被壓在下方的縱夾板412，從而根據(jù)事先標(biāo)定好的在縱夾板412上的相應(yīng)標(biāo)記或是圓心點(diǎn)來使試樣50對(duì)中。如果試片51的位置偏移，則可以通過調(diào)整縱夾板412上限位板414相對(duì)于縱夾板412的位置，以及試片51相對(duì)于橫夾板411的位置，通過適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)，使調(diào)節(jié)孔416顯示出的的中心標(biāo)記點(diǎn)與試樣50對(duì)中，使得試樣軸線與中心旋轉(zhuǎn)軸保持一致。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具體的夾持座413可以包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)夾持片417，兩個(gè)夾持片417的一側(cè)邊固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上，另一側(cè)邊在彈性下相互貼合。在夾持試片51時(shí)，可以將兩個(gè)夾持片417掰開，再將試片51插入進(jìn)去。夾持片417可以具備一定的深度，使試片51在軸向上有一定的移動(dòng)量，以為不同長度的試樣50留下調(diào)節(jié)量。

如圖6所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，電磁驅(qū)動(dòng)裝置20一般性地包括一個(gè)矩形的固定框架21，在固定框架21兩個(gè)相對(duì)的側(cè)邊連接有用于支撐通電線圈23的旋轉(zhuǎn)頭座24，在固定框架21上固定有圓柱形的磁柱22，在旋轉(zhuǎn)座頭24與磁柱22之間的空間中可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝有矩形的通電線圈23，通電線圈23兩側(cè)固結(jié)延伸出的兩短軸桿231(即中心旋轉(zhuǎn)軸)，軸桿231卡在旋轉(zhuǎn)座頭24所提供的旋轉(zhuǎn)槽內(nèi)。磁柱22與固定框架21固定連接，通電線圈23在通電后會(huì)以軸桿231為旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)范圍受固定框架21的限制。

在通電線圈23靠近動(dòng)夾具41的一端設(shè)置有延伸至固定框架21外的u形中心軸框架25，動(dòng)夾具41的縱夾板412被固定在中心軸框架25上?？v夾板412可隨通電線圈23的轉(zhuǎn)動(dòng)而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步地，中心軸框架25也可以直接改裝為動(dòng)夾具41中的縱夾板412，可直接將夾持座設(shè)置在中心軸框架25上，以減少部件。

在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在通電線圈23的另一端設(shè)置相應(yīng)的u形中心軸框架，可以起到平衡作用，同時(shí)也可以作為一些部件的安裝基座。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在動(dòng)夾具41一側(cè)的中心軸框架25上還可以安裝力矩平衡架26，力矩平衡架26包括十字型的力矩桿261，和分別通過螺紋方式擰在力矩桿261各桿上的配重螺母262。力矩桿261固定在通電線圈23延伸出的中心軸框架25上，力矩平衡架26的安裝位置與動(dòng)夾具41的縱夾板412的安裝面相反，固定后的力矩桿261的中心與中心軸框架25的旋轉(zhuǎn)中心對(duì)應(yīng)。當(dāng)安裝好試樣50后，可旋轉(zhuǎn)部分(通電線圈23、中心軸框架25、力矩平衡架26、動(dòng)夾具41和試樣50作為一整體)的重心相對(duì)于中心旋轉(zhuǎn)軸有偏心時(shí)，可以通過相應(yīng)方向的配重螺母262在力矩桿261上的位置來調(diào)整整個(gè)旋轉(zhuǎn)部件質(zhì)心的位置，實(shí)現(xiàn)軸向力矩平衡。具體平衡方法如下：定夾具32和動(dòng)夾具41安裝好試樣50后，以中心旋轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸，緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器，若在傾轉(zhuǎn)過程中，可旋轉(zhuǎn)部分與磁體22的相對(duì)角度位置保持不動(dòng)，則力矩已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平衡；若可旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于磁體22旋轉(zhuǎn)的方向與緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器的方向相同，則調(diào)整靠下方的配重螺母262向外側(cè)或靠上方的配重螺母262向內(nèi)側(cè)移動(dòng)；若可旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于磁體旋轉(zhuǎn)的方向與緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器的方向相反，則調(diào)整靠下方的配重螺母262向內(nèi)側(cè)或靠上方的配重螺母262向外側(cè)移動(dòng)，直至在緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器的過程中，中心軸框架25與磁體22相對(duì)角度位置保持不動(dòng)，即完成對(duì)中。

在發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具體的角度測量裝置60可以為非接觸式角度傳感器，可以包括安裝在電磁驅(qū)動(dòng)裝置20與動(dòng)夾具41相對(duì)另一端的動(dòng)模塊，和安裝在框架10上與動(dòng)模塊相對(duì)位置處的定模塊，定模塊與控制裝置連接。當(dāng)通電線圈23通電轉(zhuǎn)動(dòng)后，其上安裝的動(dòng)模塊即產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而安裝在框架10上的定模塊利用霍爾效應(yīng)根據(jù)動(dòng)模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)角度得到當(dāng)前的轉(zhuǎn)角，并將相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給控制裝置。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種利用前述夾具實(shí)現(xiàn)試樣測量的測量方法。

步驟100，將試樣兩端的試片分別夾持在定夾具和動(dòng)夾具上，并進(jìn)行對(duì)中和力矩平衡操作；

對(duì)中操作是將“工”字形試樣兩頭的試片分別夾持在動(dòng)夾具和定夾具上，再調(diào)整試樣徑向上的位置，直至與事先標(biāo)定好的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)對(duì)齊，即完成對(duì)中。

力矩平衡操作是在試樣對(duì)中后，以中心旋轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸，緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器，若在傾轉(zhuǎn)過程中，可旋轉(zhuǎn)部分與磁體的相對(duì)角度位置保持不動(dòng)，則力矩已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平衡，若發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則需微調(diào)配重螺母位置，微調(diào)方法：若可旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于磁體旋轉(zhuǎn)的方向與緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器的方向相同，則調(diào)整靠下方的配重螺母向外側(cè)或靠上方的配重螺母向內(nèi)側(cè)移動(dòng)；若可旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于磁體旋轉(zhuǎn)的方向與緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器的方向相反，則調(diào)整靠下方的配重螺母向內(nèi)側(cè)或靠上方的配重螺母向外側(cè)移動(dòng)，直至在緩慢傾轉(zhuǎn)整個(gè)儀器的過程中，中心軸框架與磁體相對(duì)角度位置保持不動(dòng)，即完成對(duì)中。

步驟200，通過控制模塊控制動(dòng)夾具和定夾具對(duì)試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，通過電子顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)過程并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

其中的控制模塊可以是計(jì)算機(jī)，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)處理過程如下：

1.首先對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)裝置通以電流，使得通電線圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，記錄電流(i)、角度傳感器的轉(zhuǎn)角(θ)和底板相對(duì)安裝座的轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)；

2.繼續(xù)通以電流，使得轉(zhuǎn)角(θ)大于位置極限θmax的時(shí)候，保持電流大小不變，改用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)定夾具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，使得定夾具逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，記錄電流(i)、角度傳感器的轉(zhuǎn)角(θ)和底板相對(duì)安裝座的轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)；

在旋轉(zhuǎn)電機(jī)扭轉(zhuǎn)加載時(shí)，使得角度傳感器的轉(zhuǎn)角(θ)小于位置極限θmin的時(shí)候，即可完成此步。這時(shí)試樣兩端已經(jīng)有一定的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，這即對(duì)試樣有了一定角度的扭轉(zhuǎn)加載，若實(shí)驗(yàn)還需繼續(xù)對(duì)試樣施加更大的扭轉(zhuǎn)加載，則重復(fù)前述步驟1、2，繼續(xù)增大試樣兩端的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角。直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的扭轉(zhuǎn)加載。實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

θmax與θmin事先由電磁驅(qū)動(dòng)裝置的幾何限制預(yù)設(shè)。是通電線圈在固定框架的約束下以順時(shí)針方向?yàn)檎?，最大和最小可到達(dá)的角度位置，由角度傳感器的位置和測量角度確定。

步驟300，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過參數(shù)轉(zhuǎn)換得出試樣所受力矩與轉(zhuǎn)角的關(guān)系；

根據(jù)前述步驟記錄的一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(i、θ、)，按照參數(shù)轉(zhuǎn)換得出試樣所受力矩(m)與轉(zhuǎn)角(θ)的關(guān)系：

m＝ai-bθ

其中，a為事先標(biāo)定的電磁驅(qū)動(dòng)裝置的電流(i)與輸出力矩(m)的比例參數(shù)，b為事先標(biāo)定的通電線圈電極引線的剛度。

步驟400，根據(jù)前述力矩和轉(zhuǎn)角的關(guān)系，由具體的力學(xué)模型，即可得出當(dāng)前試樣相應(yīng)的力學(xué)量。

例如：

試樣表面的剪切變形：

試樣表面的剪切應(yīng)力：

剪切模量：

其中，d為試樣直徑，l為試樣兩段的相對(duì)距離(扭轉(zhuǎn)的有效長度)。

本方法通過巧妙的實(shí)驗(yàn)方法步驟，可克服原有電磁驅(qū)動(dòng)裝置幾何約束的閑置，實(shí)現(xiàn)大角度多圈加載實(shí)驗(yàn)，滿足更廣的實(shí)驗(yàn)需求。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。