一种适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器

摘要

本发明提供了一种适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器，通过疲劳加载系统对实验样品进行夹持和疲劳加载，支撑模块负责架撑实验设备，在实验开始前先往圆筒内通保护性气体，一段时间之后，再对样品进行加温并实时监测，同时利用旋转系统旋转样品使实验样品温度均匀，温度稳定之后进行疲劳加载，在进行疲劳加载实验的过程中，通过旋转系统旋转样品进行数据信息采集。通过采用激光加热的方式，并且使用具有高激光透过率的光学材质圆筒作为支撑结构，实现高温加热、疲劳加载、CT实验三者的耦合。

说明书

技术领域

本发明涉及力学实验技术领域，具体涉及一种适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器。

背景技术

原位高温疲劳力学加载实验，是研究高温环境材料在循环载荷作用下内部结构微观尺度演化，对于理解材料失效破坏机制、优化材料性能、预防材料断裂失效具有重要意义。疲劳，是材料在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直至完全断裂。

原位断层成像技术(CT)是研究材料三维微结构变化的重要技术手段，但是目前没有适用于CT实验的高温疲劳力学加载实验仪器。高温环境下的实验通常需要腔体保温以及通入保护性气体，然而腔体会对X射线的传输造成影响，因此国内至今没能实现高温疲劳力加载实验的CT观测。

高温疲劳力加载实验CT观测的技术难度在于，首先，高温环境下的实验为了防止实验样品与空气发生反应需要做一个密闭性腔体通入惰性气体加以保护，同时传统的加热方案是采用高温电炉进行加热，通过热辐射的形式加热样品，利用热电偶进行温度监测。然而腔体和热电偶的引入会影响X射线的传输，即影响采集的信息数据。

进一步，CT观测疲劳力加载实验，疲劳加载系统会导致部分角度的信息数据被遮挡无法采集到。目前的疲劳加载系统采用方案多为支撑柱形式，会遮挡X射线，因此遮挡部分的信息数据缺失，对最终的实验结果造成影响。

综上所述，实现CT观测高温疲劳力加载实验的核心技术难点在于，CT实验、高温和疲劳加载的耦合，即在高温疲劳力加载的基础上用CT进行观测。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：设计系统组成结构，避免传统的保温隔热腔体遮挡CT实验X射线的传输，减少实验仪器的结构连接，降低结构连接对实验精度造成影响，提高CT实验分辨率。有鉴于此，本发明提供了一种适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器，包括对实验样品夹持和疲劳加载的疲劳加载系统，架撑所述疲劳加载系统的支撑系统，对实验样品进行加温以及对温度实时监测的高温加热系统；

所述支撑系统的底部设置有对样品进行旋转采集数据的旋转系统；

在上述高温疲劳加载力加载实验仪器中，所述疲劳加载系统包括对实验样品进行夹持的夹具，对实验样品进行疲劳加载的电机，还包括对样品受力进行监测的力传感器和对样品变形检测的位移传感器；

在上述高温疲劳力加载实验仪器中，所述高温加热系统包括产生激光对样品进行加热的激光器，还包括对样品温度进行实时监测的测温仪。

优选地，在上述高温疲劳力加载实验仪器中，所述旋转系统包括架装于支撑系统下方对实验样品进行旋转的旋转台

优选地，在上述高温疲劳力加载实验仪器中，所述支撑系统包括下支撑框架和圆筒支撑结构。

优选地，在上述高温疲劳力加载实验仪器中，所述圆筒支撑结构材质为光学材料，具有高激光透过率，由模具生产加工制成，厚度均匀且材料性质处处相同。

在疲劳加载实验前，先往圆筒支撑结构内通保护气体，之后由高温加热系统对实验样品进行加热，且旋转系统旋转样品保证温度均匀，同时由测温仪对实验样品温度进行实时监测，之后由疲劳加载系统对实验样品进行疲劳加载，并旋转样品进行数据信息采集。

通过采用激光加热的方式，实现对样品的均匀加热，且加温速度快，通过采用高激光透过率的光学材质圆筒作为支撑结构，保证在亚微米分辨率情况下，X射线穿过不会产生灰度不均匀，且对激光有高透过率，实现CT、高温加载、疲劳加载的耦合。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用光学材料作为支撑结构，X射线和红外激光均可透过，可实现加热系统、加载系统和CT成像系统的分离，避免三个系统耦合对系统整体精度的影响，从而提高CT实验精度；

(2)本发明结合CT实验旋转采样的特点，采用激光旋转加热方式，激光焦点大小可调。相较于其它加热方式，具有局部升温快的特点，并可利用旋转提高样品整体的温度分布均匀性；

(3)本发明加热-加载-CT系统相互分离，整体实验设备模块化，CT实验转台承载质量小，加热空间小，可缩短X射线源、X射线探测器与实验样品之间的距离，锥束CT条件下可提高几何放大比，同步辐射平行束情况下可减少衍射成分对实验图像质量的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器的系统示意图；

图2位本发明提供的适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器的结构示意图；

图3为图2中疲劳加载系统的结构示意图；

图4为图2中高温加热系统的结构示意图；

图5为图2中旋转系统的结构示意图；

图6为图2中支撑系统的结构示意图。

图中：101为疲劳加载系统，102为旋转系统，103为高温加热系统，1为加载电机，2为光学材质圆筒，3为夹具，4为实验样品，5为支撑框架，6为力传感器，7为旋转台，8为激光器，9为测温仪，10为激光。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器，实现高温和疲劳加载的耦合且适用于CT实验。

如图1-图6所示，图1为本发明提供的适用于CT的高温疲劳力加载实验仪器的系统示意图；图2为本发明提供的适用于CT的高温疲劳力加载实验仪器的结构示意图；图3为图1中疲劳加载系统的结构示意图；图4为图1中高温加热系统的结构示意图；图5为图1中旋转系统的结构示意图；图6为图1中支撑系统的结构示意图。

本实施例提供了一种适用于CT下的高温疲劳力加载实验仪器，包括对实验样品进行夹持、疲劳加载的疲劳加载系统101，对实验样品进行加温的高温加热系统103，架撑疲劳加载系统的支撑系统；

支撑系统的底部设置有对其进行支撑和对样品进行旋转的旋转系统102。

在疲劳加载实验前，先往光学材质圆筒内的空间通保护性气体，之后由高温加热系统103对实验样品进行加热并实时监测样品表面的温度，同时旋转系统102旋转样品保证样品温度均匀，之后由疲劳加载系统101对样品进行疲劳加载，并由旋转系统102旋转样品进行数据信息采集。

通过采用激光加热的方式和使用玻璃罩作为支撑结构，实现高温和疲劳加载的耦合且适用于CT实验。

在本案一具体实施例中，疲劳加载系统101包括固接于加载电机下方，对实验样品4进行夹持的夹具3，固接于光学石英玻璃罩上方，对实验样品4进行疲劳加载的加载电机，还包括固接于夹具3下方，对样品受力进行监测的力传感器6和对样品变形进行监测的位移传感器；

疲劳加载系统用于对实验样品4的装夹和疲劳加载。

由夹具3对实验样品4进行装夹，然后由加载电机1进行疲劳加载，在疲劳加载过程中，由力传感器6和位移传感器对实验样品4的受力和变形进行实时监测。

在本案一具体实施例中，高温加热系统包括产生激光10，对实验样品进行加热的激光器8，对实验样品温度进行实时监测的测温仪9。

疲劳加载实验前，由激光器对实验样品4进行加热，并且由测温仪对实验样品4温度进行实时监测。

旋转系统包括固接于支撑系统底部，对实验样品进行旋转的旋转台7。

在疲劳加载实验前的加热过程中，由旋转系统旋转实验样品4保证样品温度均匀，在疲劳加载实验过程中，由旋转系统旋转实验样品4进行信息数据采集。

支撑系统包括下支撑框架5和光学材质圆筒2，下支撑框架为框状结构。

本实施例提供的适用于CT实验的高温疲劳力加载实验仪器，在具体实施时，通过以下步骤按特定顺序完成：

1.往光学材质圆筒2内通保护性气体；

2.旋转样品并且利用高温加热系统103对实验样品4进行加热并监测；

3.利用疲劳加载系统101对实验样品4进行疲劳加载，并利用旋转系统102旋转实验样品4进行信息数据采集。

支撑框架5是金属材质的支撑结构用于放置传感器，与光学材质圆筒2固接在一起，光学材质圆筒2与金属顶盖固接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。