[發明專利]一種動態掃描加載裝置及實現方法

在審

• 申請號: 202211728629.9
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115980324A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張亞棟;張錦華;王孟進;陳力;范俊余
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種動態掃描加載裝置及實現方法，能夠按階段進行試件加載工作，并且根據不同階段特性將各階段分別化為若干量級，從而實現分級加載，且在整個加載過程中裝置每加載完一個量級后，加載系統將自動暫停繼續加壓并在保持該荷載不變的情況下，啟動旋轉系統，使得試塊開始在加壓的狀態下旋轉，同時啟動控制系統連接的CT掃描儀，對該旋轉狀態下的試件進行360度全方位掃描，依次遞進加載量級直至試件完全損壞。因此，該發明能夠通過較為簡單的裝置和操作技術下實現混凝土內部損傷情況的360度掃描重構，進而構建試件的動態三維損傷模型。

技術領域

本發明屬于試驗加載技術領域，特別是一種動態掃描加載裝置及實現方法。

背景技術

自20世紀80年代以來,CT技術被用來研究巖、石、土、混凝土等材料的內部細觀、微觀結構及微孔洞與微裂紋的開展等。近年來,基于混凝土CT切片掃描并利用圖像重構技術獲得真實的混凝土三維構型，繼而生成三維有限元模型，再采用細觀數值模擬的思路研究混凝土的力學行為成為混凝土力學特性研究的一種新途徑。

現有的CT設備的掃描方式一般為定向掃描和環向掃描，由于試驗試件所用加載儀器尺度較大，礙于現有的CT設備的掃描方式固化，掃描裝置不能夠在試驗進行過程中對試樣的各個角度變形狀態等進行實時360度掃描，即無法對加載試件進行全方位的圖像信息捕捉，從而導致混凝土等材料的非線性力學行為的刻畫效果及各個加載階段下的實際破壞形態的描述不夠精確。因此采用現有的加載方式結合目前的CT掃描方式，在加載過程中對材料進行掃描，會對其內部形態與結構動態變化的真實情況獲取產生很大影響。然而真實的各個加載階段的混凝土三維構型，對于揭示混凝土材料細觀破裂過程、分析其加載行為和進一步評估混凝土的性能來說至關重要。為了更好地獲取加載過程中的混凝土三維構型，CT掃描加載裝置仍有待改進。

鑒于當前工業CT掃描方式一種為CT機固定不動，定向發射X射線掃描試件，但常用的試驗加載壓力機也是固定設備，且加載過程中試件不能進行旋轉，這就造成整個加載過程中的試件始終是一個面或一個角度面向CT設備，導致無法實現對試件進行的全角度精確化掃描；而另一種為樓門架式的CT掃描設備，同樣由于試件加載機器的存在，在加載過程中無法使用該類CT進行掃描，從而無法構建真實的動態三維損傷模型。

此外，當前行業內尚沒有能夠與CT儀器聯動的試驗加載機器，試驗加載過程需要靠人為判斷是否達到某個加載階段，然后手動啟動CT才能對該狀態下的試塊進行單方向掃描。

因此，現需要一種動態掃描加載裝置及實現方法，能夠在固定CT機位掃描角度的情況下，按照劃分的量級進行加載工作，并且當試件加載到某一量級后并保持該加載荷載不變的同時，將試件以一定的旋轉速度進行360度旋轉，進而構建試件的動態三維損傷模型。

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，而提供一種動態掃描加載裝置及實現方法，該動態掃描加載裝置及實現方法能夠按階段進行試件加載工作，并且根據不同階段特性將各階段分別化為若干量級，從而實現分級加載，且在整個加載過程中裝置每加載完一個量級后，加載系統將自動暫停繼續加壓并在保持該荷載不變的情況下，啟動旋轉系統，使得試塊開始在加壓的狀態下旋轉，同時啟動控制系統連接的CT掃描儀，對該旋轉狀態下的試件進行360度全方位掃描，依次遞進加載量級直至試件完全損壞。因此，該發明能夠通過較為簡單的裝置和操作技術下實現混凝土內部損傷情況的360度掃描重構，進而構建試件的動態三維損傷模型。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種動態掃描加載實現方法，包括如下步驟：

步驟1、確定極限荷載：根據混凝土試件材料的抗壓強度等級預估混凝土試件的極限荷載f_p。

步驟2、加載模式劃分，加載模式包括按力加載模式和按位移加載模式；根據步驟1確定的極限荷載f_p，進行加載模式的劃分；設混凝土試件所承受的加載力為F，則具體劃分方式為：