[發(fā)明專利]一種陶瓷基復合材料細觀損傷Micro-CT原位加載裝置及試驗方法

有效

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111077014B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 宋迎東;高希光;于國強;賈蘊發(fā);謝楚陽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/06;G01N3/08
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 上官鳳棲

一種陶瓷基復合材料細觀損傷Micro?CT原位加載裝置及試驗方法，用于陶瓷基小復合材料細觀變形及損傷演化研究。裝置包括固定頭、透X射線承力管、上延長桿、下延長桿、上夾頭、下夾頭、加強片、材料試樣以及作動底座；透X射線承力管上端與固定頭相連；透X射線承力管下端與作動底座相連；上延長桿上端與固定頭相連；上延長桿下端與上夾頭相連；下延長桿上端與下夾頭相連；下延長桿下端與作動底座相連；材料試樣的兩端分別與加強片相連成為一個測試試件，并安裝于上夾頭及下夾頭之間。本發(fā)明保證了掃描結果的清晰度，提高了整體試驗效率，同時提高了裝置的通用性，降低了試驗成本，實施速度快，穩(wěn)定性高，效果好。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料力學行為試驗表征領域，具體涉及一種用于陶瓷基小復合材料細觀變形及損傷演化研究的Micro-CT原位加載裝置及試驗方法。

背景技術

編織陶瓷基復合材料是高推比先進航空發(fā)動機的關鍵結構材料，其基本組成單元為陶瓷基小復合材料。因此研究陶瓷基小復合材料的細觀變形及損傷演化規(guī)律，可以助力編織陶瓷基復合材料在航空發(fā)動機中的應用。

由于材料制備及成型工藝的影響，編織陶瓷基復合材料的細觀變形與損傷演化在三維空間內均具有明顯的不均勻性。掃描電鏡、光學顯微鏡等常規(guī)表征手段僅能對材料表面以及失效斷口數(shù)據(jù)進行分析，難以獲取上述特征在三維空間范圍內的分布以及變化過程，無法全面掌握陶瓷基復合材料的細觀變形及損傷特性，限制了編織陶瓷基復合材料結構在先進航空發(fā)動機中的應用。

近年來隨著X射線計算機斷層掃描技術的發(fā)展，其三維空間分辨率已經(jīng)可以達到亞微米級，因此利用該技術開展原位試驗可得到材料細觀變形及損傷的三維分布狀態(tài)。現(xiàn)階段同步輻射光源以及Micro-CT均可滿足研究所需分辨率要求。其中同步輻射光源掃描速度極快，試驗效果好，但同步輻射光源一般都承擔了大量的基礎科研任務，同時國內外同步輻射光源的數(shù)量相對較少，該型光源的使用門檻較高。實驗室Micro-CT設備的獲取相對容易，但不足的是要達到接近同步輻射光源的掃描效果時，其掃描時間較長，因此使用Micro-CT進行原位試驗的過程中材料會出現(xiàn)明顯的松弛效應，同時長時間掃描過程中溫度的升高所導致的熱變形也會對試驗結果產(chǎn)生不利影響。而現(xiàn)有技術中的原位加載夾具以及試驗方法均無法解決上述問題。進一步的，現(xiàn)有技術中的原位加載設備均配有控制線纜，但Micro-CT設備掃描腔體空間尺寸狹小，不便于外部線纜的安裝排布。因此，使用線纜進行在線控制時，線纜會阻礙試驗臺的轉動并會引起試驗裝置抖動，降低了掃描結果的清晰度。采用離線控制時需要頻繁開啟設備安全門進行加載以及數(shù)據(jù)讀取，這樣不僅降低了試驗效率而且還會引起設備掃描腔內溫度的波動。此外，現(xiàn)有技術只能實現(xiàn)單一載荷的加載，并且不具備試樣快裝及自動對中的能力，缺乏簡單易施的試樣變形測量能力。

因此，有必要提供一種能夠在Micro-CT環(huán)境中開展陶瓷基小復合材料原位試驗的裝置及其試驗方法，以實現(xiàn)陶瓷基小復合材料細觀變形及損傷演化的測量與分析。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種能夠自動化加載，加載過程中不妨礙試驗臺轉動，具有變形測量能力并且能降低載荷松弛帶來影響的原位加載裝置及試驗方法，以實現(xiàn)在Micro-CT環(huán)境下準確進行陶瓷基小復合材料的原位拉伸及壓縮載荷下的細觀變形及損傷演化研究。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種陶瓷基復合材料細觀損傷Micro-CT原位加載裝置，用于陶瓷基小復合材料細觀變形及損傷演化研究，其特征在于，包括：固定頭、透X射線承力管、上夾頭、加強片、下夾頭、材料試樣、上延長桿、下延長桿和作動底座；所述透X射線承力管上端與固定頭相連，透X射線承力管下端與作動底座相連；所述材料試樣安裝在透X射線承力管中，材料試樣的兩端分別與加強片相連成為一個測試試件，并安裝在上夾頭和下夾頭之間；所述上延長桿連接在上夾頭與固定頭之間，所述下延長桿連接在下夾頭與作動底座之間。

為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括：