[发明专利]一种与CT扫描仪配套的扭剪实验机及其使用方法

权利要求书

1.一种与CT扫描仪配套的扭剪实验机，其特征在于：它包括相对设置的上支撑板（15）和下支撑板（18），上支撑板（15）上设有力发生装置，下支撑板（18）上设有底座（37）和低射线吸收率压力室（3），力发生装置与低射线吸收率压力室（3）相对设置，上支撑板（15）与下支撑板（18）的边沿分别设有多根大拉杆（27）相互连接；

力发生装置包括轴压施加装置（1）和扭矩施加装置（2）；轴压施加装置（1）包括步进电机（4）、减速机（5）、联轴器（6）、滚珠丝杆（7）、加压轴（8）和加压轴套（9），其中步进电机（4）的输出轴通过减速机（5）顺序连接有联轴器（6）、滚珠丝杆（7）和加压轴（8），滚珠丝杆（7）和加压轴（8）固定连接并设置在加压轴套（9）内，加压轴（8）连接有垂直向下设置的压扭传感器（16），压扭传感器（16）底端设有凸缘（34），加压轴套（9）上设有止转键（13），加压轴套（9）通过轴承（14）活动连接在上支撑板（15）上；

所述低射线吸收率压力室（3）为两端设有法兰结构的管状结构，低射线吸收率压力室（3）的下端与下支撑板（18）固定连接，低射线吸收率压力室（3）中在下支撑板（18）上设有底座（37），底座（37）上设有空心圆柱样品（31），空心圆柱样品（31）上设有传力轴（26），传力轴（26）顶部设有与凸缘（34）匹配的凹槽（33），传力轴（26）与顶盖（22）滑动联接，顶盖（22）与低射线吸收率压力室（3）的上端法兰密封连接，其中传力轴（26）、空心圆柱样品（31）和底座（37）轴向匹配，三者内均设有空腔并相互连接最终组合形成内压腔（39），传力轴（26）与空心圆柱样品（31）间设有环形的上空腔（40），底座（37）和下支撑板（18）间设有环形的下空腔（41），低射线吸收率压力室（3）与空心圆柱样品（31）间设有外压腔（38），传力轴（26）侧面设有通向内压腔排气孔（23）和通向空心圆柱样品（31）内部的排气孔（24），顶盖（22）上设有上端制冷液通道（25）和外压腔排气孔（36），其中上空腔（40）通过上端制冷液通道（25）与外接制冷器相连，外压腔排气孔（36）与空心圆柱样品（31）的外压腔（38）连通，下支撑板（18）上设有内压施加通道（19）、外压施加通道（20）、下端制冷液通道（21）和水压施加通道（32），其中内压施加通道（19）与内压腔（39）连通，外压施加通道（20）与外压腔（38）连通，下空腔（41）通过下端制冷液通道（21）穿过底座（37）和下支撑板（18）与外接制冷器相连，水压施加通道（32）穿过下支撑板（18）和底座（37）与空心圆柱样品（31）相连通。

2.根据权利要求1所述的与CT扫描仪配套的扭剪实验机，其特征在于：所述下支撑板（18）下方通过小拉杆（28）连接有辅助支撑板（30），辅助支撑板（30）底部四周设有支撑脚（29）。

3.根据权利要求1所述的与CT扫描仪配套的扭剪实验机，其特征在于：所述扭矩施加装置（2）包括步进电机（10）、蜗杆（11）和涡轮（12），涡轮（12）与蜗杆（11）匹配，涡轮（12）通过轴承（17）设置在加压轴套（9）外侧。

4.根据权利要求1所述的与CT扫描仪配套的扭剪实验机，其特征在于：所述空心圆柱样品（31）内外均设有乳胶膜，使空心圆柱样品（31）与内压腔（39）和外压腔（38）间隔离。

5.一种使用上述权利要求1-4任一权利要求所述的与CT扫描仪配套的扭剪实验机的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、在下支撑板（18）上依次安装底座（37）、空心圆柱样品（31）、低射线吸收率压力室（3）、顶盖（22）和传力轴（26），空心圆柱样品（31）、低射线吸收率压力室（3）、顶盖（22）和传力轴（26）中心线与内压施加通道（19）中心线保持相同，在空心圆柱样品（31）内外侧均设置乳胶膜使空心圆柱样品（31）与内压腔（39）和外压腔（38）间隔离；

b、将上端制冷液通道（25）、下端制冷液通道（21）分别与外接制冷器联通，并将内压腔（39）通过外压施加通道（20）、外压腔（38）通过内压施加通道（19）分别与外接压力控制器联通，打开内压腔排气孔（23）和外压腔排气孔（36），通过外接压力控制器向内压施加通道（19）和外压施加通道（20）中压入传压液，待传压液分别从内压腔排气孔（23）和外压腔排气孔（36）溢出时，关闭内压腔排气孔（23）和外压腔排气孔（36）；

c、通过水压施加通道（32）向空心圆柱样品（31）内部压入蒸馏水，待蒸馏水从排气孔（24）中溢出时，关闭排气孔（24）；

d、将扭剪实验机安放在CT扫描仪转台（35）上，调整射线高度刚好穿过空心圆柱样品（31）；

e、控制力发生装置作用在空心圆柱样品（31）上的轴压、扭矩，并通过外接压力控制器控制内压腔（39）内向空心圆柱样品（31）内侧施加的压力、外压腔（38）内向空心圆柱样品（31）外侧施加的压力以及空心圆柱样品（31）的内部水压，然后利用两台外接制冷器分别通过下端制冷液循环通道（21）和下空腔（41）、通过上端制冷液通道（25）和上空腔（40）对空心圆柱样品（31）的上、下两端输入冷量进行冻结，从而在空心圆柱样品（31）上形成竖直方向的温度梯度，然后解冻；

f、调整空心圆柱样品（31）内压腔（39）中的压力、外压腔（38）中的压力以及力发生装置作用在空心圆柱样品（31）上的轴压和扭矩，实时获得模拟不同荷载—冻融双重扰动环境中空心样品（31）裂缝特征和非线性演化规律。