[發明專利]一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置

有效

• 申請號: 201410494840.8
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104237266A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 萬克樹;徐大成;曹徐陽
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于機械裝置，具體涉及一種基于X射線斷層照相的原位加載裝置。

背景技術

彎曲扭轉耦合受力是指固定柱形材料或結構的一端，在另外一端，即自由端，同時施加一個剪切力和扭矩的受力形式。彎曲—扭轉耦合作用在實際機械及工程結構中很常見：比如機械裝置中的旋轉軸總是不可避免的存在橫向振動，就是一種典型的彎曲—扭轉耦合受力；再比如建筑中的柱狀結構有時不可避免的受到彎曲—扭轉的作用，實際工程中柱結構的下部基礎容易遭受到剪切和扭轉的破壞。因此彎曲—扭轉耦合受力具有重要的研究價值。

X射線斷層照相是一種從觀測數據來反演物理模型的測算方法，它利用X射線穿透樣品并被部分吸收后，在檢測器所得到的射線強度分布信號，在經過計算機對數據進行處理計算得到斷層圖像。因為X射線斷層照相具有原位觀測，三維透視的優點，所以被應用到廣泛材料無損研究中。

X射線斷層照相不但可直觀的觀測到材料的三維微細觀結構的演變及損傷劣化，也可通過不同載荷下斷層照相數據的數字圖像相關計算獲得樣品的三維位移、應變信息。相對非原位測試方法，原位加載能夠更準確把握損傷演化過程以及更加方便的對X射線斷層照相進行對比處理獲得定量演化數據，比如中國發明專利ZL201110163456.6(基于X射線斷層照相的原位加載裝置)提供了一種原位軸壓工具。為了研究材料及構件在彎曲—扭轉耦合受力作用下的變形及損傷，本發明提供了一種基于X射線斷層照相的彎曲—扭轉組合原位加載裝置。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，能直接得到加載樣品在加載過程中三維微結構的演化。

技術方案：為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，包括上套環、上固定塊、下套環、下固定塊、套管、搖桿和加載固定裝置；所述搖桿一端為粗端，粗端頂部開有搖桿盲孔，另一端為細端，細端頂部設有開槽；所述上固定塊為中間開設有貫通孔的圓柱體；所述下固定塊為中間開設有貫通孔的圓柱體；所述上固定塊固定設置在套管的首端，且上固定塊的外徑與套管的內徑切合；所述上套環固定設置在套管首端與上固定塊相對應的位置，且上套環的內徑與套管的外徑切合；所述下固定塊設置在套管的尾端，且下固定塊的外徑與套管的內徑切合，所述下套環固定設置在套管尾端與下固定塊相對應的位置，且下套環的內徑與套管的外徑切合；在所述套管內部設置加載樣品，所述加載樣品的尾端穿過下固定塊的貫通孔中并伸出至加載裝置外，所述加載樣品的首端與搖桿的粗端連接，所述搖桿的細端從上固定塊的貫通孔中伸出至加載裝置外；通過搖桿(6)的轉動和彎曲實現加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對應位置后，通過加載固定裝置固定住搖桿。

通過搖桿推移并轉動之后，通過加載固定裝置固定住搖桿，將加載裝置放入X射線斷層照相裝置樣品臺，進行初次斷層掃描照相；松動加載固定裝置，實現原位在線卸載，再利用同樣的照相參數，再次進行原位斷層照相。

進一步的，所述加載樣品的首端通過若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過搖桿盲孔的外壁加載在加載樣品上；所述搖桿盲孔形狀與尺寸與加載樣品的首端吻合，且搖桿盲孔內貫入螺絲，內嵌至材料，通過搖桿盲孔與螺絲，螺絲與加載樣品之間的摩擦起到將三者簡化為統一的剛體，從而將搖桿的位移及轉動轉換為加載樣品的位移及轉動。

所述上套環和上固定塊的徑向均勻分布有螺紋孔，套管的首端徑向均勻分布有對應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住上套環、套管和上固定塊；所述下套環和下固定塊的徑向分布有螺紋孔，套管的尾端徑向均勻分布有對應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住下套環、套管、下固定塊，并和加載樣品的尾端相抵，將加載樣品與下套環、套管、下固定塊固定成一體。

所述加載樣品尾端穿過下固定塊的通孔，下固定塊的通孔形狀與尺寸與加載樣品的尾端吻合，通過摩擦及螺絲將加載樣品穩定的固定于下固定塊上。上套環，上固定塊、下套環，下固定塊和套管通過螺絲連接一體，加載首端受的力首先傳遞給搖桿，然后傳遞給上固定塊，再傳遞至套管和上套環，材料尾端受的力直接作用到下固定塊，再傳遞至套管和下套環上，整體受力均勻，有效避免了套管因受力過大而發生斷裂。

進一步的，所述加載固定裝置為上套環上的二個螺絲孔、上固定塊上的二個螺絲孔、套管首端上的二個通孔和對應加載固定螺絲構成，這些孔分別為：在上套環、套管和上固定塊上與直徑重合的一條直線上，該直線與三者外徑上的兩個交點。