一種基于x射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，包括上套環、上固定塊、下套環、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壁，上套環切合固定在套管首端外壁與上固定塊相對應的位置，下固定塊切合固定在套管的尾端內壁，下套環切合固定在套管尾端外壁與下固定塊相對應的位置，在套管內部設置加載樣品，加載樣品的尾端固定設置在下固定塊，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。本發明通過搖桿的轉動和彎曲實現樣品的耦合加載。借助X射線斷層照相，本發明能得到樣品在彎曲扭轉耦合加載過程中三維微結構及形變演化信息。
【專利說明】一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械裝置，具體涉及一種基于X射線斷層照相的原位加載裝置。
【背景技術】
[0002]彎曲扭轉耦合受力是指固定柱形材料或結構的一端，在另外一端，即自由端，同時施加一個剪切力和扭矩的受力形式。彎曲一扭轉耦合作用在實際機械及工程結構中很常見:比如機械裝置中的旋轉軸總是不可避免的存在橫向振動，就是一種典型的彎曲一扭轉耦合受力；再比如建筑中的柱狀結構有時不可避免的受到彎曲一扭轉的作用，實際工程中柱結構的下部基礎容易遭受到剪切和扭轉的破壞。因此彎曲一扭轉耦合受力具有重要的研究價值。
[0003]X射線斷層照相是一種從觀測數據來反演物理模型的測算方法，它利用X射線穿透樣品并被部分吸收后，在檢測器所得到的射線強度分布信號，在經過計算機對數據進行處理計算得到斷層圖像。因為X射線斷層照相具有原位觀測，三維透視的優點，所以被應用到廣泛材料無損研究中。
[0004]X射線斷層照相不但可直觀的觀測到材料的三維微細觀結構的演變及損傷劣化，也可通過不同載荷下斷層照相數據的數字圖像相關計算獲得樣品的三維位移、應變信息。相對非原位測試方法，原位加載能夠更準確把握損傷演化過程以及更加方便的對X射線斷層照相進行對比處理獲得定量演化數據，比如中國發明專利ZL201110163456.6 (基于X射線斷層照相的原位加載裝置)提供了一種原位軸壓工具。為了研究材料及構件在彎曲一扭轉耦合受力作用下的變形及損傷，本發明提供了一種基于X射線斷層照相的彎曲一扭轉組合原位加載裝置。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，能直接得到加載樣品在加載過程中三維微結構的演化。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0007]—種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，包括上套環、上固定塊、下套環、下固定塊、套管、搖桿和加載固定裝置；所述搖桿一端為粗端，粗端頂部開有搖桿盲孔，另一端為細端，細端頂部設有開槽；所述上固定塊為中間開設有貫通孔的圓柱體；所述下固定塊為中間開設有貫通孔的圓柱體；所述上固定塊固定設置在套管的首端，且上固定塊的外徑與套管的內徑切合；所述上套環固定設置在套管首端與上固定塊相對應的位置，且上套環的內徑與套管的外徑切合；所述下固定塊設置在套管的尾端，且下固定塊的外徑與套管的內徑切合，所述下套環固定設置在套管尾端與下固定塊相對應的位置，且下套環的內徑與套管的外徑切合；在所述套管內部設置加載樣品，所述加載樣品的尾端穿過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，所述搖桿的細端從上固定塊的貫通孔中伸出至加載裝置外；通過搖桿出)的轉動和彎曲實現加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對應位置后，通過加載固定裝置固定住搖桿。
[0008]通過搖桿推移并轉動之后，通過加載固定裝置固定住搖桿，將加載裝置放入X射線斷層照相裝置樣品臺，進行初次斷層掃描照相；松動加載固定裝置，實現原位在線卸載，再利用同樣的照相參數，再次進行原位斷層照相。
[0009]進一步的，所述加載樣品的首端通過若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過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，且搖桿盲孔內貫入螺絲，內嵌至材料，通過搖桿盲孔與螺絲，螺絲與加載樣品之間的摩擦起到將三者簡化為統一的剛體，從而將搖桿的位移及轉動轉換為加載樣品的位移及轉動。
[0010]所述上套環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應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住上套環、套管和上固定塊；所述下套環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應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住下套環、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、套管、下固定塊固定成一體。
[0011]所述加載樣品尾端穿過下固定塊的通孔，下固定塊的通孔形狀與尺寸與加載樣品的尾端吻合，通過摩擦及螺絲將加載樣品穩定的固定于下固定塊上。上套環，上固定塊、下套環，下固定塊和套管通過螺絲連接一體，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，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上，整體受力均勻，有效避免了套管因受力過大而發生斷裂。
[0012]進一步的，所述加載固定裝置為上套環上的二個螺絲孔、上固定塊上的二個螺絲孔、套管首端上的二個通孔和對應加載固定螺絲構成，這些孔分別為:在上套環、套管和上固定塊上與直徑重合的一條直線上，該直線與三者外徑上的兩個交點。
[0013]加載時，通過搖桿的細端連接扭轉設備，扭轉到需要的加載角度后，在扭轉狀態下用加載固定裝置的兩個加載固定螺絲穿過上套環、套管和上固定塊對應螺紋孔和通孔與樣品表面接觸，通過兩個加載固定螺絲的深度控制搖桿的彎距，并將搖桿固定。
[0014]進一步的，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端直徑相同，長大于寬。該矩形孔的寬與搖桿細端直徑相同，從而限制搖桿的自由度只能扭轉和在一個方向平移彎曲。
[0015]進一步的，所述套管的材質為碳纖維增強塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料；所述上套環、下套環、上固定塊、下固定塊和搖桿的材質為不銹鋼或高強鋁。對X射線衰弱小且具有優良力學性能，使X射線盡量通過材料窗口并且不被遮擋，保證斷層照相成像質量。
[0016]有益效果:
[0017]1、本發明的本發明裝置具有自洽、獨立于X射線斷層照相設備、體積小、便攜、質量輕的特點；
[0018]2、本發明裝置使用上套環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，受力傳遞路徑明確簡單，上、下固定塊有效承載了力并將力均勻的分布到套管四周，從而保護了套管；
[0019]3、本發明裝置采用對X射線衰弱小且具有優良力學性能的碳纖維增強塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料作為窗口材料，使X射線盡量通過窗口材料并且不被遮擋，保證斷層照相成像質量；
[0020]4、本發明裝置利用碳纖維增強塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料成為承力結構的套管，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題，保證加載裝置使用可靠性和使用壽命；
[0021]5、本發明裝置可在X射線斷層照相設備上進行原位加載樣品測試，從而可以獲得加載前后及加載過程中高分辨的X射線斷層照相圖像，不但能直接得到加載樣品在加載過程中三維微結構的演化，而且借助于圖像相關方法有望獲取加載樣品加載前后內部各點的位移及應變信息。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]附圖1為本發明加載裝置的主視圖。
[0023]附圖2為本發明加載裝置的剖面圖。
[0024]附圖3為本發明搖桿的剖面圖。
[0025]附圖4為本發明上固定塊的剖面圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0027]—種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，包括上套環1、上固定塊4、下套環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，粗端頂部開有搖桿盲孔，另一端為細端，細端頂部設有開槽；所述上固定塊4為中間開設有貫通孔的圓柱體，該貫穿孔為矩形貫穿孔，該矩形貫穿孔的寬與搖桿細端直徑相同，長略大于寬。該矩形孔的寬與搖桿細端直徑相同，從而限制搖桿的自由度只能扭轉和在一個方向平移彎曲。所述下固定塊5為中間開設有貫通孔的圓柱體；所述上固定塊4固定設置在套管3的首端，且上固定塊4的外徑與套管3的內徑切合；所述上套環I固定設置在套管3首端與上固定塊4相對應的位置，且上套環I的內徑與套管3的外徑切合，所述上套環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應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住上套環1、套管3和上固定塊4 ;所述下固定塊5設置在套管3的尾端，且下固定塊5的外徑與套管3的內徑切合，所述下套環2固定設置在套管3尾端與下固定塊5相對應的位置，且下套環2的內徑與套管3的外徑切合，所述下套環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應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住下套環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2、套管3、下固定塊5固定成一體；在所述套管3內部設置加載樣品，所述加載樣品的首端通過若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過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的細端從上固定塊4的貫通孔中伸出至加載裝置外；通過搖桿6的轉動和彎曲實現加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對應位置后，通過加載固定裝置16固定住搖桿6。
[0028]本發明中優選在圓周上120°三等分處分別開設螺紋孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔固定住上套環1、上固定塊4、和套管3 ;下套環2、下固定塊5和套管3。
[0029]所述加載固定裝置16為上套環I上的二個螺絲孔、上固定塊4上的二個螺絲孔、套管3首端上的二個通孔和對應固定螺絲構成，這些孔分別為:在上套環1、套管3和上固定塊4上與直徑重合的一條直線上，該直線與三者外徑上的兩個交點。加載時，通過搖桿6的細端連接扭轉設備，扭轉到需要的加載角度后，在扭轉狀態下用加載固定裝置的兩個加載固定螺絲16穿過上套環1、套管3和上固定塊4對應螺紋孔和通孔與樣品表面接觸，通過兩個加載固定螺絲16的深度控制搖桿的彎距，并將搖桿固定。
[0030]所述套管3的材質為碳纖維增強塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料；所述上套環1、下套環2、上固定塊4、下固定塊5和搖桿6的材質為不銹鋼或高強鋁。對X射線衰弱小且具有優良力學性能，使X射線盡量通過材料窗口并且不被遮擋，保證斷層照相成像質量。
[0031]除了可以研究圓柱外，還可以通過簡單的改變加載裝置內部上、下套環形狀來研究方柱，矩形柱，三角柱等多種加載樣品的彎曲扭轉受力性能。
[0032]使用本加載裝置時:
[0033](I)連接固定裝置各部件及加載樣品；
[0034](2)離線加載:通過推移并轉動搖桿6實現加載樣品移動端的平移和轉動，待平移和轉動搖桿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射線斷層照相裝置樣品臺，完成初次斷層掃描;
[0036](4)輕輕的松動加載固定螺絲16，實現原位在線卸載；
[0037](5)利用同樣的照相參數，再次進行原位斷層照相。
[0038]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，其特征在于:包括上套環(I)、上固定塊(4)、下套環(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，粗端頂部開有搖桿盲孔，另一端為細端，細端頂部設有開槽；所述上固定塊(4)為中間開設有貫通孔的圓柱體；所述下固定塊(5)為中間開設有貫通孔的圓柱體； 所述上固定塊(4)固定設置在套管(3)的首端，且上固定塊(4)的外徑與套管(3)的內徑切合；所述上套環(I)固定設置在套管(3)首端與上固定塊(4)相對應的位置，且上套環(I)的內徑與套管(3)的外徑切合； 所述下固定塊(5)設置在套管(3)的尾端，且下固定塊(5)的外徑與套管(3)的內徑切合，所述下套環(2)固定設置在套管(3)尾端與下固定塊(5)相對應的位置，且下套環(2)的內徑與套管(3)的外徑切合； 在所述套管(3)內部設置加載樣品，所述加載樣品的尾端穿過下固定塊(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)的細端從上固定塊(4)的貫通孔中伸出至加載裝置外； 通過搖桿￠)的轉動和彎曲實現加載樣品的耦合加載，待加載樣品加載到對應位置后，通過加載固定裝置(16)固定住搖桿(6)。
2.根據權利要求2所述一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，其特征在于:所述加載樣品的首端通過若干螺絲與搖桿盲孔固定，且所述螺絲均勻分布穿過搖桿盲孔的外壁加載在加載樣品上； 所述上套環(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應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住上套環(I)、套管(3)和上固定塊⑷； 所述下套環(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應位置的通孔，通過螺絲穿過對應螺紋孔和通孔固定住下套環(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(2)、套管(3)、下固定塊(5)固定成一體。
3.根據權利要求1所述一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，其特征在于:所述加載固定裝置(16)為上套環(I)上的二個螺絲孔、上固定塊(4)上的二個螺絲孔、套管(3)首端上的二個通孔和對應加載固定螺絲構成，這些孔分別為:在上套環(I)、套管(3)和上固定塊(4)上與直徑重合的一條直線上，該直線與三者外徑上的兩個交點。
4.根據權利要求1所述一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，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端直徑相同，長大于寬。
5.根據權利要求1所述一種基于X射線斷層照相的彎曲扭轉耦合原位加載裝置，其特征在于:所述套管(3)的材質為碳纖維增強塑料、鋁合金、氮化硼陶瓷或工程塑料；所述上套環(I)、下套環(2)、上固定塊(4)、下固定塊(5)和搖桿￠)的材質為不銹鋼或高強鋁。
【文檔編號】G01N23/04GK104237266SQ201410494840
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】萬克樹, 徐大成, 曹徐陽 申請人:東南大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
