[发明专利]一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备

权利要求书

1.一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于，所述设备包括拉力平台(1)、拉压转换机构(2)、钢杆(3)、压力平台(4)、万向头(5)、试件(6)、约束平台(7)、荷载和位移传感器(8)、计算机控制系统(9)；所述拉力平台(1)外接液压拉伸仪、荷载和位移传感器(8)以及计算机控制系统(9)构成了设备的荷载施加控制系统；拉力平台(1)与压力平台(4)通过拉压转换机构(2)连接，所述拉压转换机构(2)通过自身的变形将拉力平台(1)的荷载传到压力平台(4)中，即将外部拉力荷载转换为压力荷载；拉压转换机构(2)一端铰接于拉力平台(1)，另两端分别铰接于约束平台(7)端部和压力平台(4)端部，压力平台(4)和约束平台(7)通过钢杆(3)连接，万向头(5)一端铰接于压力平台(4)端部，一端与试件(6)接触，试件(6)放置于约束平台(7)和万向头(5)之间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：压力平台(4)和约束平台(7)的最大距离应小于钢杆(3)长度。

3.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：拉力平台(1)与压力平台(4)的加载方向垂直。

4.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：钢杆(3)固定于约束平台(7)并保持与约束平台面垂直；钢杆(3)与压力平台(4)可沿钢杆(3)方向无摩擦移动，钢杆(3)、压力平台(4)和约束平台(7)形成自平衡系统。

5.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：万向头(5)与钢杆(3)接触，两者可沿钢杆(3)方向无摩擦移动。

6.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：万向头(5)可确保施加于试件(6)的压力垂直于万向头(5)与试件(6)的接触面。

7.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：试件(6)加载方向与钢杆(3)长度方向一致，并应置于约束平台(7)中点，试件(6)侧边不与设备接触。

8.根据权利要求1所述的一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于：所述劈拉加载试验设备材料选用铝合金。

9.一种如权利要求1-7任一项所述适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备的使用方法，具体试验步骤如下：

步骤1，放置并调整设备：将设备约束平台(7)固定于CT扫描仪病床上，调整使钢杆3长度方向与扫描断面方向平行；

步骤2，加载及量测系统的安装：将液压拉伸器连接于两端拉力平台(1)，将荷载和位移传感器(8)安装好并连接至电脑；

步骤3，实验参数的设定：选择荷载控制或位移控制的控制加载方式，设定位移初始参数x₀或力的初始参数F₀用于预夹紧试件、设置位移增量参数x或力的增量参数k用于控制试验加载速率，选定位移极限值x_m或最大拉力T_m作为停止加载的标准值，达到该标准值或试件出现破坏时停止加载；

步骤4，试件(6)的安装与调整：将试件(6)放置于约束平台(7)中部，试件(6)长度方向应与CT扫描断面方向一致，在试件(6)下部放置垫块固定试件(6)的位置，此时拉压转换机构(2)为伸直状态，长为l₀，万向头(5)与试件(6)端部尚未接触，此时仪器内部无荷载产生；

步骤5，预加载步：启动液压拉伸器，使按照设定的初始参数进行预夹紧试件(6)，并将垫块撤出，此处以位移控制加载方式为例，荷载控制加载方式同样适用，此时万向头(5)与试件(6)接触且有较小作用力，拉压转换机构(2)隆起长度为y₀，与原长度方向夹角为α₀，已知投影长度l，T₀和F₀的力均可忽略为0；

进一步的，步骤5中存在的几何关系为：

l＝l₀-x₀

步骤6，加载步：规定每一步试件6长度方向压缩位移为x，则第一步时拉压转换机构(2)隆起长度为y，与原长度方向夹角为α₁，此时投影长度为l-x；

进一步的，步骤6中存在的几何关系为：

因此，计算机控制系统仅需保证拉伸方向的位移为下式即可；

步骤7，卸载步：当即x_m≤nx或试件破坏时，液压拉伸器开始卸载，计算机保存相关数据，试验结束；

同样的，当采用荷载控制加载方式时，还需通过位移传感器测量加载方向的位移变化，可给出以下关系公式：

在上述步骤5中根据设定的F₀进行预加载，此时T₀和F₀均有力但可忽略为0，由位移传感器测得此时的y₀，由力平衡条件：

在步骤6中，规定每一步试件长度方向压缩荷载为F＝k，则第n步时拉压转换机构施加荷载为T_n，由位移传感器测得此时的y，因此：

在步骤7中，当T_m≤T_n或试件破坏时，液压拉伸器开始卸载，计算机保存相关数据，试验结束。