[发明专利]一种基于X射线断层照相的弯曲扭转耦合原位加载装置

说明书

技术领域

本发明属于机械装置，具体涉及一种基于X射线断层照相的原位加载装置。

背景技术

弯曲扭转耦合受力是指固定柱形材料或结构的一端，在另外一端，即自由端，同时施加一个剪切力和扭矩的受力形式。弯曲—扭转耦合作用在实际机械及工程结构中很常见：比如机械装置中的旋转轴总是不可避免的存在横向振动，就是一种典型的弯曲—扭转耦合受力；再比如建筑中的柱状结构有时不可避免的受到弯曲—扭转的作用，实际工程中柱结构的下部基础容易遭受到剪切和扭转的破坏。因此弯曲—扭转耦合受力具有重要的研究价值。

X射线断层照相是一种从观测数据来反演物理模型的测算方法，它利用X射线穿透样品并被部分吸收后，在检测器所得到的射线强度分布信号，在经过计算机对数据进行处理计算得到断层图像。因为X射线断层照相具有原位观测，三维透视的优点，所以被应用到广泛材料无损研究中。

X射线断层照相不但可直观的观测到材料的三维微细观结构的演变及损伤劣化，也可通过不同载荷下断层照相数据的数字图像相关计算获得样品的三维位移、应变信息。相对非原位测试方法，原位加载能够更准确把握损伤演化过程以及更加方便的对X射线断层照相进行对比处理获得定量演化数据，比如中国发明专利ZL201110163456.6(基于X射线断层照相的原位加载装置)提供了一种原位轴压工具。为了研究材料及构件在弯曲—扭转耦合受力作用下的变形及损伤，本发明提供了一种基于X射线断层照相的弯曲—扭转组合原位加载装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于X射线断层照相的弯曲扭转耦合原位加载装置，能直接得到加载样品在加载过程中三维微结构的演化。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于X射线断层照相的弯曲扭转耦合原位加载装置，包括上套环、上固定块、下套环、下固定块、套管、摇杆和加载固定装置；所述摇杆一端为粗端，粗端顶部开有摇杆盲孔，另一端为细端，细端顶部设有开槽；所述上固定块为中间开设有贯通孔的圆柱体；所述下固定块为中间开设有贯通孔的圆柱体；所述上固定块固定设置在套管的首端，且上固定块的外径与套管的内径切合；所述上套环固定设置在套管首端与上固定块相对应的位置，且上套环的内径与套管的外径切合；所述下固定块设置在套管的尾端，且下固定块的外径与套管的内径切合，所述下套环固定设置在套管尾端与下固定块相对应的位置，且下套环的内径与套管的外径切合；在所述套管内部设置加载样品，所述加载样品的尾端穿过下固定块的贯通孔中并伸出至加载装置外，所述加载样品的首端与摇杆的粗端连接，所述摇杆的细端从上固定块的贯通孔中伸出至加载装置外；通过摇杆(6)的转动和弯曲实现加载样品的耦合加载，待加载样品加载到对应位置后，通过加载固定装置固定住摇杆。

通过摇杆推移并转动之后，通过加载固定装置固定住摇杆，将加载装置放入X射线断层照相装置样品台，进行初次断层扫描照相；松动加载固定装置，实现原位在线卸载，再利用同样的照相参数，再次进行原位断层照相。

进一步的，所述加载样品的首端通过若干螺丝与摇杆盲孔固定，且所述螺丝均匀分布穿过摇杆盲孔的外壁加载在加载样品上；所述摇杆盲孔形状与尺寸与加载样品的首端吻合，且摇杆盲孔内贯入螺丝，内嵌至材料，通过摇杆盲孔与螺丝，螺丝与加载样品之间的摩擦起到将三者简化为统一的刚体，从而将摇杆的位移及转动转换为加载样品的位移及转动。

所述上套环和上固定块的径向均匀分布有螺纹孔，套管的首端径向均匀分布有对应位置的通孔，通过螺丝穿过对应螺纹孔和通孔固定住上套环、套管和上固定块；所述下套环和下固定块的径向分布有螺纹孔，套管的尾端径向均匀分布有对应位置的通孔，通过螺丝穿过对应螺纹孔和通孔固定住下套环、套管、下固定块，并和加载样品的尾端相抵，将加载样品与下套环、套管、下固定块固定成一体。

所述加载样品尾端穿过下固定块的通孔，下固定块的通孔形状与尺寸与加载样品的尾端吻合，通过摩擦及螺丝将加载样品稳定的固定于下固定块上。上套环，上固定块、下套环，下固定块和套管通过螺丝连接一体，加载首端受的力首先传递给摇杆，然后传递给上固定块，再传递至套管和上套环，材料尾端受的力直接作用到下固定块，再传递至套管和下套环上，整体受力均匀，有效避免了套管因受力过大而发生断裂。

进一步的，所述加载固定装置为上套环上的二个螺丝孔、上固定块上的二个螺丝孔、套管首端上的二个通孔和对应加载固定螺丝构成，这些孔分别为：在上套环、套管和上固定块上与直径重合的一条直线上，该直线与三者外径上的两个交点。