[發明專利]一種適用于CT掃描的動力劈拉加載試驗設備

有效

• 申請號: 201711458235.5
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108333044B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 張華;鄭凱;王雷;王悅;李啟亮;戚亞珍;楊健
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

適用于CT掃描的動力劈拉加載試驗設備，包括拉力平臺、拉壓轉換機構、壓力平臺、萬向頭、鋼桿、試件、約束平臺、壓力和位移傳感器以及計算機控制系統。試件能被加持在約束平臺和壓力平臺之間；平行加壓的實現由萬向頭保證；壓力平臺和約束平臺通過鋼桿連接成反力架，形成自平衡系統；拉力平臺和壓力平臺通過拉壓轉換機構連接，實現了將拉力荷載轉化為壓力荷載；拉力平臺外接液壓拉伸器進行動力荷載的施加；荷載和位移傳感器、計算機控制系統能夠保證試驗的加載方式和加載速率，同時記錄實驗數據。本發明體積小、便于移動，能夠置于醫用X射線CT機的探測范圍內，可實現測量與加載同步，有效解決了劈拉試驗過程中同步記錄裂紋開裂進程的難題。

技術領域

本發明涉及土木工程材料中脆性材料的劈裂拉伸性能測試領域，特別是一種適用于醫用X射線CT掃描儀的動力劈拉加載試驗設備。

背景技術

脆性材料在受拉產生不穩定發展的裂縫之后，往往會產生脆性斷裂破壞的現象。這種破壞會導致建筑物迅速倒塌，造成巨大的經濟損失，威脅公眾生命安全，給人們的心理也造成了不可避免的影響。這就要求材料除基本力學參數達標之外，還要有足夠的抗拉伸性能和韌性性能。劈拉加載試驗設備則可滿足材料此類韌性性能的測試。

然而，學者們在進行劈拉試驗的研究時發現，由于材料的非均質性和各向異性，試件在受力過程中裂紋的萌生位置、擴展路徑和最終的斷裂特性影響著它的韌性性能，因此對裂紋演化進程的研究及其必要。有些學者采用高速攝像機、應變計和數字圖像相關法等方法進行裂紋演化進程的研究，但此類方法僅能捕捉到試件表面裂紋的發展，但是不能夠同步獲得試件破壞進程中的三維裂紋擴展圖像。

另外，CT技術是基于X射線強有力穿透力的特點，通過放射源和探測器進行全方位的斷面掃描，并根據掃描對象各個斷面的結構特征，通過電腦軟件進行三維的數字圖像重建，從而精確研究對象各個細部的一種手段。X射線CT技術為研究材料脆斷過程中內部裂紋的走向提供了可能。

由于劈裂拉伸試驗的加載設備與醫用X射線CT掃描儀器的局限性，現階段在劈拉試驗加載設備上引入CT掃描儀器是無法實現的。為此，申請人發明了一種可置于醫用CT掃描儀內進行試驗研究的動力劈拉加載實驗設備。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種適用于CT掃描的動力劈拉加載試驗設備。該設備體積小、攜帶方便，能置于CT掃描儀內，使用過程中可通過CT掃描技術同步獲取到試件內部三維的裂紋擴展圖像。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種適用于CT掃描的動力劈拉加載試驗設備，其特征在于，所述設備包括拉力平臺1、拉壓轉換機構2、鋼桿3、壓力平臺4、萬向頭5、試件6、約束平臺7、荷載和位移傳感器8、計算機控制系統9；所述拉力平臺1外接液壓拉伸儀、荷載和位移傳感器8以及計算機控制系統9構成了設備的荷載施加控制系統；拉力平臺1與壓力平臺4通過拉壓轉換機構2連接，所述拉壓轉換機構2通過自身的變形將拉力平臺1的荷載傳到壓力平臺4中，即將外部拉力荷載轉換為壓力荷載；拉壓轉換機構2一端鉸接于拉力平臺1，另兩端分別鉸接于約束平臺7端部和壓力平臺4端部，壓力平臺4和約束平臺7通過鋼桿3連接，萬向頭5一端鉸接于壓力平臺4端部，一端與試件6接觸，試件6放置于約束平臺7和萬向頭5之間。

優選的，壓力平臺4和約束平臺7的最大距離應小于鋼桿3長度，拉力平臺1與壓力平臺4的加載方向垂直；鋼桿3固定于約束平臺7并保持與約束平臺面垂直；鋼桿3與壓力平臺4可沿鋼桿3方向無摩擦移動，鋼桿3、壓力平臺4和約束平臺7形成自平衡系統；優選的，萬向頭5與鋼桿3接觸，兩者可沿鋼桿3方向無摩擦移動；萬向頭5可確保施加于試件6的壓力垂直于該接觸面，試件6加載方向與鋼桿3長度方向一致，并應置于約束平臺7中點，試件6側邊不與設備接觸。

優選的，該劈拉加載試驗設備材料選用高強度、低X射線吸收系數材料，如鋁合金材料。