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一種基于x射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，包括上套環(huán)、上固定塊、下套環(huán)、下固定塊、套管、搖桿和加載固定裝置。上固定塊切合固定在套管的首端內(nèi)壁，上套環(huán)切合固定在套管首端外壁與上固定塊相對(duì)應(yīng)的位置，下固定塊切合固定在套管的尾端內(nèi)壁，下套環(huán)切合固定在套管尾端外壁與下固定塊相對(duì)應(yīng)的位置，在套管內(nèi)部設(shè)置加載樣品，加載樣品的尾端固定設(shè)置在下固定塊，加載樣品的首端與搖桿的一端連接，搖桿的另一端從上固定塊的矩形貫通孔中伸出至加載裝置外。本發(fā)明通過(guò)搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和彎曲實(shí)現(xiàn)樣品的耦合加載。借助X射線(xiàn)斷層照相，本發(fā)明能得到樣品在彎曲扭轉(zhuǎn)耦合加載過(guò)程中三維微結(jié)構(gòu)及形變演化信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械裝置，具體涉及一種基于X射線(xiàn)斷層照相的原位加載裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]彎曲扭轉(zhuǎn)耦合受力是指固定柱形材料或結(jié)構(gòu)的一端，在另外一端，即自由端，同時(shí)施加一個(gè)剪切力和扭矩的受力形式。彎曲一扭轉(zhuǎn)耦合作用在實(shí)際機(jī)械及工程結(jié)構(gòu)中很常見(jiàn):比如機(jī)械裝置中的旋轉(zhuǎn)軸總是不可避免的存在橫向振動(dòng)，就是一種典型的彎曲一扭轉(zhuǎn)耦合受力；再比如建筑中的柱狀結(jié)構(gòu)有時(shí)不可避免的受到彎曲一扭轉(zhuǎn)的作用，實(shí)際工程中柱結(jié)構(gòu)的下部基礎(chǔ)容易遭受到剪切和扭轉(zhuǎn)的破壞。因此彎曲一扭轉(zhuǎn)耦合受力具有重要的研究?jī)r(jià)值。
[0003]X射線(xiàn)斷層照相是一種從觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)反演物理模型的測(cè)算方法，它利用X射線(xiàn)穿透樣品并被部分吸收后，在檢測(cè)器所得到的射線(xiàn)強(qiáng)度分布信號(hào)，在經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算得到斷層圖像。因?yàn)閄射線(xiàn)斷層照相具有原位觀(guān)測(cè)，三維透視的優(yōu)點(diǎn)，所以被應(yīng)用到廣泛材料無(wú)損研究中。
[0004]X射線(xiàn)斷層照相不但可直觀(guān)的觀(guān)測(cè)到材料的三維微細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)的演變及損傷劣化，也可通過(guò)不同載荷下斷層照相數(shù)據(jù)的數(shù)字圖像相關(guān)計(jì)算獲得樣品的三維位移、應(yīng)變信息。相對(duì)非原位測(cè)試方法，原位加載能夠更準(zhǔn)確把握損傷演化過(guò)程以及更加方便的對(duì)X射線(xiàn)斷層照相進(jìn)行對(duì)比處理獲得定量演化數(shù)據(jù)，比如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利ZL201110163456.6 (基于X射線(xiàn)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(gòu)件在彎曲一扭轉(zhuǎn)耦合受力作用下的變形及損傷，本發(fā)明提供了一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲一扭轉(zhuǎn)組合原位加載裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，能直接得到加載樣品在加載過(guò)程中三維微結(jié)構(gòu)的演化。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，包括上套環(huán)、上固定塊、下套環(huán)、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(kāi)有搖桿盲孔，另一端為細(xì)端，細(xì)端頂部設(shè)有開(kāi)槽；所述上固定塊為中間開(kāi)設(shè)有貫通孔的圓柱體；所述下固定塊為中間開(kāi)設(shè)有貫通孔的圓柱體；所述上固定塊固定設(shè)置在套管的首端，且上固定塊的外徑與套管的內(nèi)徑切合；所述上套環(huán)固定設(shè)置在套管首端與上固定塊相對(duì)應(yīng)的位置，且上套環(huán)的內(nèi)徑與套管的外徑切合；所述下固定塊設(shè)置在套管的尾端，且下固定塊的外徑與套管的內(nèi)徑切合，所述下套環(huán)固定設(shè)置在套管尾端與下固定塊相對(duì)應(yīng)的位置，且下套環(huán)的內(nèi)徑與套管的外徑切合；在所述套管內(nèi)部設(shè)置加載樣品，所述加載樣品的尾端穿過(guò)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(xì)端從上固定塊的貫通孔中伸出至加載裝置外；通過(guò)搖桿出)的轉(zhuǎn)動(dòng)和彎曲實(shí)現(xiàn)加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對(duì)應(yīng)位置后，通過(guò)加載固定裝置固定住搖桿。
[0008]通過(guò)搖桿推移并轉(zhuǎn)動(dòng)之后，通過(guò)加載固定裝置固定住搖桿，將加載裝置放入X射線(xiàn)斷層照相裝置樣品臺(tái)，進(jìn)行初次斷層掃描照相；松動(dòng)加載固定裝置，實(shí)現(xiàn)原位在線(xiàn)卸載，再利用同樣的照相參數(shù)，再次進(jìn)行原位斷層照相。
[0009]進(jìn)一步的，所述加載樣品的首端通過(guò)若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過(guò)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(nèi)貫入螺絲，內(nèi)嵌至材料，通過(guò)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(jiǎn)化為統(tǒng)一的剛體，從而將搖桿的位移及轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為加載樣品的位移及轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]所述上套環(huán)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(duì)應(yīng)位置的通孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔固定住上套環(huán)、套管和上固定塊；所述下套環(huán)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(duì)應(yīng)位置的通孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔固定住下套環(huán)、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(huán)、套管、下固定塊固定成一體。
[0011]所述加載樣品尾端穿過(guò)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(guò)摩擦及螺絲將加載樣品穩(wěn)定的固定于下固定塊上。上套環(huán)，上固定塊、下套環(huán)，下固定塊和套管通過(guò)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(huán)，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(huán)上，整體受力均勻，有效避免了套管因受力過(guò)大而發(fā)生斷裂。
[0012]進(jìn)一步的，所述加載固定裝置為上套環(huán)上的二個(gè)螺絲孔、上固定塊上的二個(gè)螺絲孔、套管首端上的二個(gè)通孔和對(duì)應(yīng)加載固定螺絲構(gòu)成，這些孔分別為:在上套環(huán)、套管和上固定塊上與直徑重合的一條直線(xiàn)上，該直線(xiàn)與三者外徑上的兩個(gè)交點(diǎn)。
[0013]加載時(shí)，通過(guò)搖桿的細(xì)端連接扭轉(zhuǎn)設(shè)備，扭轉(zhuǎn)到需要的加載角度后，在扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下用加載固定裝置的兩個(gè)加載固定螺絲穿過(guò)上套環(huán)、套管和上固定塊對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔與樣品表面接觸，通過(guò)兩個(gè)加載固定螺絲的深度控制搖桿的彎距，并將搖桿固定。
[0014]進(jìn)一步的，所述上固定塊上的貫穿孔為矩形貫穿孔，該矩形貫穿孔的寬與搖桿細(xì)端直徑相同，長(zhǎng)大于寬。該矩形孔的寬與搖桿細(xì)端直徑相同，從而限制搖桿的自由度只能扭轉(zhuǎn)和在一個(gè)方向平移彎曲。
[0015]進(jìn)一步的，所述套管的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料；所述上套環(huán)、下套環(huán)、上固定塊、下固定塊和搖桿的材質(zhì)為不銹鋼或高強(qiáng)鋁。對(duì)X射線(xiàn)衰弱小且具有優(yōu)良力學(xué)性能，使X射線(xiàn)盡量通過(guò)材料窗口并且不被遮擋，保證斷層照相成像質(zhì)量。
[0016]有益效果:
[0017]1、本發(fā)明的本發(fā)明裝置具有自洽、獨(dú)立于X射線(xiàn)斷層照相設(shè)備、體積小、便攜、質(zhì)量輕的特點(diǎn)；
[0018]2、本發(fā)明裝置使用上套環(huán)一套管一上固定塊一加載固定螺絲一搖桿一加載樣品—下固定塊一套管一下套環(huán)，受力傳遞路徑明確簡(jiǎn)單，上、下固定塊有效承載了力并將力均勻的分布到套管四周，從而保護(hù)了套管；
[0019]3、本發(fā)明裝置采用對(duì)X射線(xiàn)衰弱小且具有優(yōu)良力學(xué)性能的碳纖維增強(qiáng)塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料作為窗口材料，使X射線(xiàn)盡量通過(guò)窗口材料并且不被遮擋，保證斷層照相成像質(zhì)量；
[0020]4、本發(fā)明裝置利用碳纖維增強(qiáng)塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料成為承力結(jié)構(gòu)的套管，利用均勻分布的螺絲將套管與上固定塊和下固定塊緊固連接，解決了套管與上固定塊、下固定塊之間的連接問(wèn)題，保證加載裝置使用可靠性和使用壽命；
[0021]5、本發(fā)明裝置可在X射線(xiàn)斷層照相設(shè)備上進(jìn)行原位加載樣品測(cè)試，從而可以獲得加載前后及加載過(guò)程中高分辨的X射線(xiàn)斷層照相圖像，不但能直接得到加載樣品在加載過(guò)程中三維微結(jié)構(gòu)的演化，而且借助于圖像相關(guān)方法有望獲取加載樣品加載前后內(nèi)部各點(diǎn)的位移及應(yīng)變信息。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖1為本發(fā)明加載裝置的主視圖。
[0023]附圖2為本發(fā)明加載裝置的剖面圖。
[0024]附圖3為本發(fā)明搖桿的剖面圖。
[0025]附圖4為本發(fā)明上固定塊的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]—種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，包括上套環(huán)1、上固定塊4、下套環(huán)2、下固定塊5、套管3、搖桿6和加載固定裝置16 ;所述搖桿6 —端為粗端，粗端頂部開(kāi)有搖桿盲孔，另一端為細(xì)端，細(xì)端頂部設(shè)有開(kāi)槽；所述上固定塊4為中間開(kāi)設(shè)有貫通孔的圓柱體，該貫穿孔為矩形貫穿孔，該矩形貫穿孔的寬與搖桿細(xì)端直徑相同，長(zhǎng)略大于寬。該矩形孔的寬與搖桿細(xì)端直徑相同，從而限制搖桿的自由度只能扭轉(zhuǎn)和在一個(gè)方向平移彎曲。所述下固定塊5為中間開(kāi)設(shè)有貫通孔的圓柱體；所述上固定塊4固定設(shè)置在套管3的首端，且上固定塊4的外徑與套管3的內(nèi)徑切合；所述上套環(huán)I固定設(shè)置在套管3首端與上固定塊4相對(duì)應(yīng)的位置，且上套環(huán)I的內(nèi)徑與套管3的外徑切合，所述上套環(huán)I和上固定塊4的徑向均勻分布有螺紋孔，套管3的首端徑向均勻分布有對(duì)應(yīng)位置的通孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔固定住上套環(huán)1、套管3和上固定塊4 ;所述下固定塊5設(shè)置在套管3的尾端，且下固定塊5的外徑與套管3的內(nèi)徑切合，所述下套環(huán)2固定設(shè)置在套管3尾端與下固定塊5相對(duì)應(yīng)的位置，且下套環(huán)2的內(nèi)徑與套管3的外徑切合，所述下套環(huán)2和下固定塊5的徑向分布有螺紋孔，套管3的尾端徑向均勻分布有對(duì)應(yīng)位置的通孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔固定住下套環(huán)2、套管3、下固定塊5，并和加載樣品的尾端相抵，將加載樣品與下套環(huán)2、套管3、下固定塊5固定成一體；在所述套管3內(nèi)部設(shè)置加載樣品，所述加載樣品的首端通過(guò)若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過(guò)搖桿盲孔的外壁加載在加載樣品上；所述加載樣品的尾端穿過(guò)下固定塊5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6的粗端連接，所述搖桿6的細(xì)端從上固定塊4的貫通孔中伸出至加載裝置外；通過(guò)搖桿6的轉(zhuǎn)動(dòng)和彎曲實(shí)現(xiàn)加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對(duì)應(yīng)位置后，通過(guò)加載固定裝置16固定住搖桿6。
[0028]本發(fā)明中優(yōu)選在圓周上120°三等分處分別開(kāi)設(shè)螺紋孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔固定住上套環(huán)1、上固定塊4、和套管3 ;下套環(huán)2、下固定塊5和套管3。
[0029]所述加載固定裝置16為上套環(huán)I上的二個(gè)螺絲孔、上固定塊4上的二個(gè)螺絲孔、套管3首端上的二個(gè)通孔和對(duì)應(yīng)固定螺絲構(gòu)成，這些孔分別為:在上套環(huán)1、套管3和上固定塊4上與直徑重合的一條直線(xiàn)上，該直線(xiàn)與三者外徑上的兩個(gè)交點(diǎn)。加載時(shí)，通過(guò)搖桿6的細(xì)端連接扭轉(zhuǎn)設(shè)備，扭轉(zhuǎn)到需要的加載角度后，在扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下用加載固定裝置的兩個(gè)加載固定螺絲16穿過(guò)上套環(huán)1、套管3和上固定塊4對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔與樣品表面接觸，通過(guò)兩個(gè)加載固定螺絲16的深度控制搖桿的彎距，并將搖桿固定。
[0030]所述套管3的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料；所述上套環(huán)1、下套環(huán)2、上固定塊4、下固定塊5和搖桿6的材質(zhì)為不銹鋼或高強(qiáng)鋁。對(duì)X射線(xiàn)衰弱小且具有優(yōu)良力學(xué)性能，使X射線(xiàn)盡量通過(guò)材料窗口并且不被遮擋，保證斷層照相成像質(zhì)量。
[0031]除了可以研究圓柱外，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的改變加載裝置內(nèi)部上、下套環(huán)形狀來(lái)研究方柱，矩形柱，三角柱等多種加載樣品的彎曲扭轉(zhuǎn)受力性能。
[0032]使用本加載裝置時(shí):
[0033](I)連接固定裝置各部件及加載樣品；
[0034](2)離線(xiàn)加載:通過(guò)推移并轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿6實(shí)現(xiàn)加載樣品移動(dòng)端的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，待平移和轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿6到位后，擰緊加載固定螺絲16 ；
[0035](3)將加載有加載樣品的加載裝置放入X射線(xiàn)斷層照相裝置樣品臺(tái)，完成初次斷層掃描;
[0036](4)輕輕的松動(dòng)加載固定螺絲16，實(shí)現(xiàn)原位在線(xiàn)卸載；
[0037](5)利用同樣的照相參數(shù)，再次進(jìn)行原位斷層照相。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，其特征在于:包括上套環(huán)(I)、上固定塊(4)、下套環(huán)(2)、下固定塊(5)、套管(3)、搖桿(6)和加載固定裝置(16)； 所述搖桿(6) —端為粗端，粗端頂部開(kāi)有搖桿盲孔，另一端為細(xì)端，細(xì)端頂部設(shè)有開(kāi)槽；所述上固定塊(4)為中間開(kāi)設(shè)有貫通孔的圓柱體；所述下固定塊(5)為中間開(kāi)設(shè)有貫通孔的圓柱體； 所述上固定塊(4)固定設(shè)置在套管(3)的首端，且上固定塊(4)的外徑與套管(3)的內(nèi)徑切合；所述上套環(huán)(I)固定設(shè)置在套管(3)首端與上固定塊(4)相對(duì)應(yīng)的位置，且上套環(huán)(I)的內(nèi)徑與套管(3)的外徑切合； 所述下固定塊(5)設(shè)置在套管(3)的尾端，且下固定塊(5)的外徑與套管(3)的內(nèi)徑切合，所述下套環(huán)(2)固定設(shè)置在套管(3)尾端與下固定塊(5)相對(duì)應(yīng)的位置，且下套環(huán)(2)的內(nèi)徑與套管(3)的外徑切合； 在所述套管(3)內(nèi)部設(shè)置加載樣品，所述加載樣品的尾端穿過(guò)下固定塊(5)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(6)的粗端連接，所述搖桿(6)的細(xì)端從上固定塊(4)的貫通孔中伸出至加載裝置外； 通過(guò)搖桿￠)的轉(zhuǎn)動(dòng)和彎曲實(shí)現(xiàn)加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對(duì)應(yīng)位置后，通過(guò)加載固定裝置(16)固定住搖桿(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，其特征在于:所述加載樣品的首端通過(guò)若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過(guò)搖桿盲孔的外壁加載在加載樣品上； 所述上套環(huán)(I)和上固定塊(4)的徑向均勻分布有螺紋孔，套管(3)的首端徑向均勻分布有對(duì)應(yīng)位置的通孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔固定住上套環(huán)(I)、套管(3)和上固定塊⑷； 所述下套環(huán)(2)和下固定塊(5)的徑向分布有螺紋孔，套管(3)的尾端徑向均勻分布有對(duì)應(yīng)位置的通孔，通過(guò)螺絲穿過(guò)對(duì)應(yīng)螺紋孔和通孔固定住下套環(huán)(2)、套管(3)、下固定塊(5)，并和加載樣品的尾端相抵，將加載樣品與下套環(huán)(2)、套管(3)、下固定塊(5)固定成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，其特征在于:所述加載固定裝置(16)為上套環(huán)(I)上的二個(gè)螺絲孔、上固定塊(4)上的二個(gè)螺絲孔、套管(3)首端上的二個(gè)通孔和對(duì)應(yīng)加載固定螺絲構(gòu)成，這些孔分別為:在上套環(huán)(I)、套管(3)和上固定塊(4)上與直徑重合的一條直線(xiàn)上，該直線(xiàn)與三者外徑上的兩個(gè)交點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，其特征在于:所述上固定塊(4)上的貫穿孔為矩形貫穿孔，該矩形貫穿孔的寬與搖桿細(xì)端直徑相同，長(zhǎng)大于寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于X射線(xiàn)斷層照相的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合原位加載裝置，其特征在于:所述套管(3)的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料；所述上套環(huán)(I)、下套環(huán)(2)、上固定塊(4)、下固定塊(5)和搖桿￠)的材質(zhì)為不銹鋼或高強(qiáng)鋁。
【文檔編號(hào)】G01N23/04GK104237266SQ201410494840
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】萬(wàn)克樹(shù), 徐大成, 曹徐陽(yáng) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)