[發明專利]一種用于X射線顯微成像的材料振動加載試驗系統

有效

• 申請號: 201410285940.X
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104034613A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 未永;須穎
• 申請（專利權）人: 天津三英精密儀器有限公司
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/06
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于顯微CT掃描成像技術領域，涉及一種用于X射線顯微成像的材料振動加載試驗系統。

背景技術

疲勞是循環加載條件下，發生在材料某點處局部的、永久性的損傷遞增過程。該材料經足夠的應力或應變循環后，其損傷積累可使材料發生裂紋，或是裂紋進一步擴展至完全斷裂。材料在足夠大的交變應力作用下，在構件外形突變或表面刻痕或內部缺陷等部位，都可能因較大的應力集中引發微觀裂紋。分散的微觀裂紋經過集結溝通將形成宏觀裂紋，已形成的宏觀裂紋逐漸緩慢地擴展，構件橫截面逐步削弱，當達到一定限度時，構件會突然斷裂。材料因交變應力引起的上述失效現象，稱為材料的疲勞。對于靜載下塑性性能很好的材料，當承受交變應力時，往往在應力低于屈服極限且沒有明顯塑性變形的情況下突然斷裂。統計數據表明，機械零件的失效，約有70％左右是疲勞引起的，而且造成的事故大多數是災難性的。因此，通過實驗研究材料抗疲勞的性能是有實際意義的。

現有材料疲勞試驗一般采用兩種方法，一種是根據零件壽命的要求，在規定的某一循環次數下，測出不破壞材料的最大應力，即測量材料的疲勞強度；另一種是測量材料在給定應力條件下材料可承受的最大循環次數。但無論采用何種測量方法，所做疲勞試驗得到的是一個最終的數值，至于材料在疲勞試驗過程中內部的變形及裂紋的擴展等內部信息利用現有試驗手段無法表征與監測，且所測結果與材料實際疲勞破壞結果有一定誤差。

通過調研，并未見過與本發明申請的用于X射線顯微成像的材料振動加載試驗系統相似的技術應用于X射線顯微成像及疲勞試驗技術中。

發明內容

本發明的目的是針對現有疲勞試驗的局限性，提出了一種用于X射線顯微成像的材料振動加載試驗系統，該系統可配合X射線顯微成像技術，對在進行疲勞試驗時材料內部的變形及裂紋的擴展情況進行表征與監測，從而準確、直觀地評價材料的疲勞性能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于X射線顯微成像的材料振動加載試驗系統，由加載驅動機構、載荷檢測機構及試樣夾持機構三部分構成，加載驅動機構通過固定座與試樣夾持機構同軸固裝，在固定座內固裝加載驅動機構；在加載驅動機構上端的試樣夾持機構內同軸固裝載荷檢測機構，在載荷檢測機構上端的試樣夾持機構內設置試樣。

而且，所述加載驅動機構由驅動體、壓電陶瓷、復位彈簧、彈簧調節螺釘和鎖緊螺釘構成，驅動體為柔性鉸鏈機構，在驅動體的下底中心軸部位制有軸向的盲孔，在盲孔內同軸通過鎖緊螺釘固裝壓電陶瓷，壓電陶瓷與盲孔的底端頂裝；壓電陶瓷驅動器的兩端均為半球和錐面接觸，實現自動對中，控制力的傳遞通過軸心；在盲孔兩端柔性鉸鏈處對稱安裝有兩個彈簧調節螺釘，每一彈簧調節螺釘上穿裝有復位彈簧。

而且，所述載荷檢測機構由連接法蘭、傳感器座和力傳感器構成，連接法蘭的下端底面與加載驅動機構的上端面緊密貼合連接，并通過對稱布置的連接螺釘固定在一起；在連接法蘭的上端固裝傳感器座，該傳感器座內安裝力傳感器；傳感器座上部與試樣夾持機構定位嵌裝，在傳感器座上端面設置試樣。

而且，所述試樣夾持機構由外殼、支撐管、上夾具、調節螺釘、上蓋和導向桿構成，其中外殼、支撐管和上蓋均采用膠接方式同軸連接為一體，在支撐管內同軸滑動安裝上夾具，在上夾具上方的上蓋上同軸豎直嚙合安裝調節螺釘，該調節螺釘的下端頂裝在上夾具的上端面，該上夾具通過豎直對稱的導向桿實施導向，該導向桿的下端固裝在載荷檢測機構的傳感器座上，在上夾具與載荷檢測機構傳感器座上端面之間定位安裝試樣。

而且，所述支撐管由高強度輕質材料制成，X射線可容易穿透支撐管，并容易從顯微成像中將支撐管圖像去除；上蓋所安裝的調節螺釘保證樣品與加載機構和傳感器接觸及保證一定的預緊力，并由鎖緊機構鎖緊，導向桿的上部與上蓋的兩個通孔配合，下端與傳感器座連接固定。

本發明的優點和積極效果是：

本發明系統在使用時，將用于X射線顯微成像的材料振動加載試驗系統放置在X射線顯微成像儀器內部，并調整X射線中心高度與試樣中心高度重合，在進行試樣疲勞試驗的同時，可對試樣進行X射線顯微成像，即可對試樣在疲勞試驗過程中試樣內部的變形及裂紋的擴展等內部信息進行表征與監測，從而準確獲得引起材料疲勞破壞的循環次數，及準確評價材料的疲勞性能。

附圖說明

圖1是本發明的立體結構剖視示意圖；

圖2是圖1的加載驅動機構結構簡圖；

圖3是圖1的載荷檢測機構結構簡圖；