[發明專利]用于中子散射實驗的動態應力加載和同步應變測量裝置

在審

• 申請號: 202110358284.1
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113075068A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 柯于斌;鄭海彪;王循理;蘭司;趙雪婷
• 申請（專利權）人: 散裂中子源科學中心;中國科學院高能物理研究所;香港城市大學深圳研究院
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/04;G01N23/20
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 李小焦;郭燕

本申請公開了一種用于中子散射實驗的動態應力加載和同步應變測量裝置。本申請裝置包括動態應力加載組件、同步應變測量組件和導向桿組件；動態應力加載組件包括第一和第二動態應力加載電機；導向桿組件包括若干平行導向桿，兩個電機的后端分別固定安裝在兩個彈簧板上，兩個電機的活動端相向設置，且滑動安裝在導向桿上；兩個電機的活動端分別設有夾具；同步應變測量組件包括應力傳感器和應變片，分別安裝在兩個夾具上。本申請裝置，采用兩個相向設置的應力加載電機，實現雙向動態應力加載，結構簡單，使用方便，能在各不同中子源的中子散射譜儀上通用，滿足原位中子散射實驗中使用環境的需求；通過彈簧板施加預應力，避免應力加載方向發生變形。

技術領域

本申請涉及中子散射實驗輔助設備領域，特別是涉及一種用于中子散射實驗的動態應力加載和同步應變測量的裝置。

背景技術

散裂中子源在進行中子散射實驗時，會有不同的樣品環境需求；其中一項是在中子散射實驗過程中，需要對樣品進行動態應力加載和同步應變測量。通過動態應力加載和同步應變測量，可用于測量不同應力及不同頻率下的樣品的微觀結構變化信號，及其同步發生宏觀應變變化，獲得應力-應變-結構的數據。

隨著科學技術的發展，對安全生產和運輸應用過程中載體機械部件的承載能力和可靠性提出了更高的要求，在巖石工程、高層建筑、礦山工程、水利水電工程、核電站工程、鐵路和公路工程中需要有較強的承受循環載荷的能力，所以對器件材料進行動態的應力加載和同步應變測量是很有必要的。以造船用橋式雙梁起重機現場檢測評估為例，通過對其箱型主梁進行應力應變測試，對各典型使用載荷下的應力響應測試數據分別從靜態和動態響應進行分析，為箱型主梁全面安全評估提供可靠的數據特征指數。動態應力加載和同步應變測量也可以廣泛地應用于混凝土、巖石等介質的動態性能試驗及結構的動態響應測試中，通過室內混凝土邊坡模型試驗，利用動態應變測試技術，可以對爆炸載荷作用下巖質邊坡的動力特性進行分析研究。此外，采用動態應變測試系統，還可以實測小藥量條形藥包在巖石模型中爆炸產生的應變波，對測試到加載條件下介質產生的軸向和切向爆炸應變波信號進行分析。在不同頻率、不同應力水平下，對紅砂巖進行循環加卸載試驗，探討紅砂巖在循環加載和循環卸載過程中阻尼比、阻尼系數、動彈模量、滯回環寬度等參數與幅值應力和加載頻率的關系。在醫療研究方面，通過三維有限元方法建立脛骨骨折仿真模型，分析不同頻率與大小組合的軸向應力促進骨折愈合過程，從而獲得最佳理論參數。在材料研究工作里，在不同頻率和恒定剪切應變幅值下考察Al-Mg合金經低頻扭轉振蕩和時效處理后的顯微組織和力學性能等。

綜上所述，動態應力加載和同步應變測量裝置在科研界具有舉足輕重的作用，同時它也可以作為各種器件的組件，如驅動器、傳感器、應變儀等為我們服務，可以為器件的生產與設計提供精確的數據參考以及對材料的性能進行探究和測試。

中子的獨特性質使其在揭示物質從微觀、介觀到宏觀尺度的結構和動力學行為方面都具有不可替代性，從而使得依托于高強度中子源的中子散射技術廣泛應用于物理、化學、材料、地質、生物和醫學等領域，逐漸發展為一種大型科學平臺。動態應力加載和同步應變測量裝置在中子散射測試中可用于測量不同應力及不同頻率下的樣品在中子散射中的信號，同步進行應變變化測量，收集應力-應變數據。目前，關于中子散射的動態應力加載和同步應變測量裝置的文獻或報道尚未涉及此裝置的相關內容。而且即使有類似的相關裝置，也存在體積龐大，拆卸運輸困難，無法在各不同中子源的中子散射譜儀上通用。因此，急需研制一種便攜式的通用型動態應力加載裝置，并可與磁場、溫度等樣品環境裝置配合使用，能實現在多場加載下開展原位中子散射實驗觀測。

發明內容

本申請的目的是提供一種用于中子散射實驗的動態應力加載和同步應變測量的裝置。

本申請采用了以下技術方案：