CN112255111A - 一种可用于超低温条件下的dvc方法试验的微型加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料力学性能测试技术领域，涉及一种可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，包含主体框架结构、同步旋转机构、加载驱动机构和夹持与冷却机构；其中，主体框架结构用于保持装置安置于CT设备内部并承受工作过程中产生的内部载荷，同步旋转机构用于保证装置内部的被检测试样和各工作部件能够在CT设备载物台的带动下做平稳的旋转运动，加载驱动机构用于被检测试样精确施加指定大小和方向的载荷，夹持与冷却机构用于将被检测试样牢固夹持并保持在超低温的环境氛围中。开放式的外部框架使CT扫描成像设备的X射线发射装置能够深入到加载装置内部，尽可能地贴近被检测试样进行照射，最大限度地提高获取的三维数字体图像的分辨率。

Description

一种可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置

技术领域

本发明属于材料力学性能测试领域，涉及一种可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，可用于航空航天工业、核工业、汽车工业、兵器工业、石油工业、化学工业、船舶与海洋装备工业、生物医学、材料科学、土木工程、机械装备制造工业等领域的超低温条件下的材料力学性能测量及内部三维变形场可视化分析、损伤拓展与破坏机制研究及零部件的无损检测。

背景技术

随着科学技术的不断发展，以耐超低温高性能树脂基复合材料为代表的新一代低温工程材料正在深空探测、高能物理、超导输电等现代工业领域中得到广泛运用。由于其材料组成成分的复杂性及其成型工艺方法的特殊性，树脂基复合材料内部的变形情况和损伤拓展与测试得到的表面变形及损伤情况通常会存在较大差异，在外载荷作用下由夹杂、孔隙等引起的内部损伤的萌生与拓展是影响树脂基复合材料在超低温服役环境下的力学性能的关键性因素，而这些损伤通常难以从表面上观察到，因此不能直接用传统观测方法观测到的材料表面位移和应变场来评价其力学性能。为实现在超低温条件下测量树脂基复合材料受载变形时的三维变形场并研究其失效机理，需要发展出一种新型的三维全场变形测量技术。

在目前使用的实验力学方法中，数字体相关(Digital volume correlation，DVC)方法近年来得到了迅速发展，该方法结合了光测力学方法的全场与非接触特性，以及CT技术等体成像手段能够透视材料内部的性质，在测量材料内部变形与损伤演化的可视化表征方面具有明显的优势。在DVC方法试验中，通过使用CT等体成像设备产生并接收的X射线等信号，可以用来观察到物体内部的分层、孔隙、裂纹、颗粒结构以及密度分布的详细情形，其获得的三维位移场和三维应变场数据也可以用来作为三维有限元分析的重要对照。

与DIC方法测量物体表面变形的过程相类似，DVC方法测量物体内部变形的过程也可以分为三个环节：(1)使用CT设备对加载装置上未加载前以及受到不同外载荷作用而发生变形的被检测试样进行圆周扫描，对采集到的实验数据进行重建，得到试样变形前后的三维数字体图像；(2)跟踪试样加载前后的三维数字体图像中选定观测点的位置变化，将变形前后的三维数字体图像分别定义为参考图像和目标图像，利用以选定观测点为中心的子体块的灰度(密度)分布变化情况来确定变形前后的对应关系，使用位移场测量算法计算出子体块的位置变化，从而确定试样内部的三维位移场；(3)采用差分算法、拟合算法或微分算法等应变场测量算法从含有噪声信号的三维位移场中选取相应的位移矢量数据进行运算，最终得到试样内部的三维应变场，实现使用DVC方法进行测量的目的。

在使用DVC方法对各种材料进行内部变形测试时，需要建立相关的专用试验装置。DVC方法试验装置从硬件上可以分为加载系统和成像系统两大组成部分，其运行由计算机上的相关操作软件进行控制。其中，成像系统主要为用于无损检测领域的工业CT扫描成像设备，而加载系统为可以与CT扫描成像设备配合使用，用于对被检测试样精确施加指定大小的拉伸载荷或压缩载荷的原位加载装置。

目前在无损检测领域中使用的新一代工业CT扫描成像设备大多具有封闭式的整体式金属外壳，以实现良好的射线屏蔽效果，被检测试样通过防护门安置于其内部的载物台上，在扫描过程中设备处于完全封闭状态。有鉴于此，用于超低温条件(常压下的液氮温度，即零下196℃)下DVC方法试验的原位加载装置必须拥有足够小的外形尺寸，且工作过程中不能依靠电能等外部能源驱动，以便安置进入CT扫描成像设备的内部，其在设计上也需要考虑到在试样处于保载状态的同时，可通过载物台带动被检测试样和工作部件的组合体进行360度旋转。

发明内容

本发明的目的是：设计一种可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其在外形尺寸和结构形式上可与新一代工业CT扫描成像设备妥善配合，可满足对处于超低温条件下的被检测试样连续、平稳、可控、精确地施加拉伸载荷和压缩载荷的要求，具有良好的保载性能并可通过载荷传感器对载荷进行实时测量，并具备组成材料容易获取且各零部件容易加工和组装的优点。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，所述可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置包含主体框架结构、同步旋转机构、加载驱动机构和夹持与冷却机构四部分；

位于主体框架结构顶端和底端的同步旋转机构通过主传动轴9连动，位于主体框架结构上部的加载驱动机构和位于下部的夹持与冷却机构通过载荷传感器22连接固定；

所述主体框架结构包括：复合式减振装置40、可调高度支柱39、底座34、下部固定板32、中部固定板26、上部固定板15、框架立柱3和顶盖1；

其中，所述可调高度支柱39的上端与底座34连接固定，下端与复合式减振装置40连接固定；所述框架立柱3的上端与顶盖1连接固定，下端与底座34连接固定；所述上部固定板15、中部固定板26和下部固定板32分别与框架立柱3的上侧位置、中央位置和下侧位置并连接固定；

优选地，上部固定板15、下部固定板32分别位于框架立柱3的上侧四分之一长度位置和下侧四分之一长度位置。

所述同步旋转机构包括：对接座圈36、下部平面轴承35、下部传动齿轮组33、主传动轴9、上部传动齿轮组4、上部平面轴承2、副传动轴8和上部角接触球轴承16；

其中，所述对接座圈36的下端可与安装于CT设备载物台38上的三爪卡盘37进行对接，上端与下部平面轴承35的内侧部分下端连接固定；所述下部平面轴承35的外侧部分与底座34连接固定，内侧部分上端与下部传动齿轮组33的主动轮连接固定；所述主传动轴9穿过下部固定板32、中部固定板26和上部固定板15对应位置上的通孔，顶端安装于顶盖1上的盲孔状定位槽中，底端安装与底座34上的盲孔状定位槽中，上侧与上部传动齿轮组4的主动轮连接固定，下侧与下部传动齿轮组33的从动轮连接固定；所述上部平面轴承2的外侧部分与顶盖1连接固定，内侧部分下端与上部传动齿轮组4的从动轮上端连接固定；所述副传动轴8的上端与上部传动齿轮组4的从动轮中心连接固定，下端与上部角接触球轴承16的内侧部分上端连接固定；所述上部角接触球轴承16的外侧部分与上部固定板15连接固定；

所述加载驱动机构包括：蜗杆支架5、手轮6、蜗杆7、蜗轮10、横向转轴11、齿轮12、齿条13、转轴支架14、上部平台板17、中部平台板18、下部平台板19、中间传力支柱20、重载模具弹簧21和载荷传感器22；

其中，所述蜗杆支架5与上部传动齿轮组4的从动轮下端连接固定，且其在左右两侧的安装位置偏离加载装置中轴线一定距离；所述蜗杆7的两侧与蜗杆支架5上的安装孔形成过盈装配，其一端与手轮6连接固定，其上的两段螺纹区域与蜗轮10啮合；所述转轴支架14与上部角接触球轴承16的内侧部分连接固定，其上的安装孔与横向转轴11形成过盈配合；所述横向转轴11的两端与安装于转轴支架14外侧的齿轮12连接固定，内侧偏离加载装置中轴线一定距离与蜗轮10连接固定；所述齿条13穿过上部角接触球轴承16的内侧部分和上部平台板17上的通孔，上侧与齿轮12啮合，下端与中部平台板18连接固定；所述中间传力支柱20穿过中部平台板18上的通孔，上端与上部平台板17连接固定，下端与下部平台板19连接固定；所述重载模具弹簧21分为上下两层安装，上层弹簧的上下两端分别与上部平台板17和中部平台板18连接固定，下层弹簧的上下两端分别与中部平台板18和下部平台板19连接固定；所述载荷传感器22的上端与下部平台板19的底部连接固定，下端与上部夹具转接口23连接固定；

所述夹持与冷却机构包括：上部夹具转接口23、下部夹具转接口24、下部角接触球轴承25、上部夹具27、被检测试样28、下部夹具29、活动盖板30和液氮低温罐31；

其中，所述上部夹具转接口23上端与载荷传感器22连接固定，下端与上部夹具27连接固定；所述下部夹具转接口24上端与下部角接触球轴承25的内侧连接固定，下端与下部夹具29连接固定；所述下部角接触球轴承25的外侧与中部固定板26连接固定；所述被检测试样28的上端与上部夹具27连接固定，下端与下部夹具29连接固定；所述活动盖板30通过安装孔与上部夹具转接口23和下部夹具29形成过渡配合，并覆盖于液氮低温罐31的开口上；所述液氮低温罐31与下部固定板32连接固定。

优选地，所述主体框架结构中的复合式减振装置40外形为圆柱形，采用将上层减振弹簧4001、橡胶隔振层4002和下层减振弹簧4003间次布置在四层金属板4004中的结构。

所述同步旋转机构中的下部传动齿轮组33和上部传动齿轮组4均由一只大直径齿轮和一只小直径齿轮组成，大直径齿轮的中心轴线与加载装置的中心轴线重合，小直径齿轮安装在大直径齿轮的侧面；在下部传动齿轮组33中，大直径齿轮为主动轮，小直径齿轮为从动轮，在上部传动齿轮组4中，小直径齿轮为主动轮，大直径齿轮为从动轮。

所述同步旋转机构中的对接座圈36通过其内侧表面与安装于CT设备载物台38上的三爪卡盘37的外侧表面对接并实现摩擦锁定，使得CT设备载物台38的旋转能够带动加载装置中的活动部件进行同步旋转，实现对被检测试样28的圆周扫描。

所述加载驱动机构中的蜗杆7的安装位置与加载装置中轴线错开布置，错开一定的距离避免其与副传动轴8发生空间干涉；在蜗杆7上两端螺纹区域具有相反的旋向，在通过手轮6使其转动时，可以带动成对布置的两只蜗轮10和通过横向转轴11与其连接固定的四只齿轮12进行对转，从而驱动呈方形布置的四根齿条13和与其连接固定的中部平台板18的升降运动，进而控制上下两层重载模具弹簧21发生压缩变形或拉伸变形，实现为被检测试样28施加指定大小的压缩载荷或拉伸载荷。

优选地，所述加载驱动机构中的重载模具弹簧21沿着上中下三层平台板的边沿均匀布置，且所有弹簧的中心线均位于四根中间传力支柱20的中心线相连形成的线上。

所述夹持与冷却机构中的液氮低温罐31为中间抽真空的双层圆柱形结构；所述活动盖板30覆盖于液氮低温罐31的顶部开口上，并在上部夹具转接口23和下部夹具29的带动下进行同步旋转。

优选地，液氮低温罐31材料为可耐受超低温的高纯净石英玻璃材料。

优选地，活动盖板30材料为泡沫塑料。

优选地，所述夹持与冷却机构中的上部夹具27和下部夹具29材料均为可耐受超低温的高纯净石英玻璃。

本发明的有益效果是：

本发明的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，主体框架结构用于保持装置稳定安置于CT设备内部并承受工作过程中产生的内部载荷，同步旋转机构用于保证装置内部的被检测试样和各个工作部件能够在CT设备载物台的带动下做平稳的旋转运动，加载驱动机构用于为被检测试样精确施加指定大小和方向的载荷，夹持与冷却机构用于将被检测试样牢固夹持并保持在超低温的环境氛围中。开放式的外部框架设计使得CT扫描成像设备的X射线发射装置能够深入到加载装置内部，尽可能地贴近被检测试样进行照射，从而最大限度地提高获取的三维数字体图像的分辨率。该装置作为CT扫描成像设备的重要配套设备，在实验力学的非接触测量研究和低温工程材料的无损检测领域有着广泛的应用前景，可用于对各类材料在超低温环境下的力学性能测量及内部三维变形场可视化分析、损伤拓展与破坏机制研究，以及在超低温环境中工作的各类零部件的性能检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，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是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的总体结构示意图；

图2是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的蜗轮蜗杆——齿轮齿条联合传动示意图；

图3是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的中部平台板弹簧布置示意图；

图4是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的扫描范围示意图；

图5是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的试样设计示意图；

图6是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的三爪卡盘与对接座圈示意图；

图7是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的液氮低温罐设计示意图；

图8是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的上下石英玻璃夹具示意图；

图9是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的上部传动齿轮组示意图；

图10是本发明的较佳实施案例的微型加载装置的复合式减振装置示意图；

其中：1.顶盖、2.上部平面轴承、3.框架立柱、4.上部传动齿轮组、5.蜗杆支架、6.手轮、7.蜗杆、8.副传动轴、9.主传动轴、10.蜗轮、11.横向转轴、12.齿轮、13.齿条、14.转轴支架、15.上部固定板、16.上部角接触球轴承、17.上部平台板、18.中部平台板、19.下部平台板、20.中间传力支柱、21.重载模具弹簧、22.载荷传感器、23.上部夹具转接口、24.下部夹具转接口、25.下部角接触球轴承、26.中部固定板、27.上部夹具、28.被检测试样、29.下部夹具、30.活动盖板、31.液氮低温罐、32.下部固定板、33.下部传动齿轮组、34.底座、35.下部平面轴承、36.对接座圈、37.三爪卡盘、38.CT设备载物台、39.可调高度支柱、40.复合式减振装置、41.CT设备X射线发射装置、42.CT设备X射线接收装置、4001.上层减振弹簧、4002.橡胶隔振层、4003.下层减振弹簧、4004.金属板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

如图1所示，本实施案例的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置由主体框架结构、同步旋转机构、加载驱动机构和夹持与冷却机构等四部分组成，包含顶盖1、上部平面轴承2、框架立柱3、上部传动齿轮组4、蜗杆支架5、手轮6、蜗杆7、副传动轴8、主传动轴9、蜗轮10、横向转轴11、齿轮12、齿条13、转轴支架14、上部固定板15、上部角接触球轴承16、上部平台板17、中部平台板18、下部平台板19、中间传力支柱20、重载模具弹簧21、载荷传感器22、上部夹具转接口23、下部夹具转接口24、下部角接触球轴承25、中部固定板26、上部夹具27、被检测试样28、下部夹具29、活动盖板30、液氮低温罐31、下部固定板32、下部传动齿轮组33、底座34、下部平面轴承35、对接座圈36、三爪卡盘37、CT设备载物台38、可调高度支柱39和复合式减振装置40等部件。

复合式减振装置40、可调高度支柱39、底座34、下部固定板32、中部固定板26、上部固定板15、框架立柱3和顶盖1共同构成可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置的主体框架结构。其中，可调高度支柱39的上端与底座34连接固定，下端与复合式减振装置40连接固定；框架立柱3的上端与顶盖1连接固定，下端与底座34连接固定；上部固定板15、中部固定板26和下部固定板32分别与框架立柱3的上侧四分之一长度位置、中央位置和下侧四分之一长度位置连接固定。

对接座圈36、下部平面轴承35、下部传动齿轮组33、主传动轴9、上部传动齿轮组4、上部平面轴承2、副传动轴8和上部角接触球轴承16共同构成可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置的同步旋转机构。其中，对接座圈36的下端可与安装于CT设备载物台38上的三爪卡盘37进行对接，上端与下部平面轴承35的内侧部分下端连接固定；下部平面轴承35的外侧部分与底座34连接固定，内侧部分上端与下部传动齿轮组33的主动轮连接固定；主传动轴9穿过下部固定板32、中部固定板26和上部固定板15对应位置上的通孔，顶端安装于顶盖1上的盲孔状定位槽中，底端安装与底座34上的盲孔状定位槽中，上侧与上部传动齿轮组4的主动轮连接固定，下侧与下部传动齿轮组33的从动轮连接固定；上部平面轴承2的外侧部分与顶盖1连接固定，内侧部分下端与上部传动齿轮组4的从动轮上端连接固定；副传动轴8的上端与上部传动齿轮组4的从动轮中心连接固定，下端与上部角接触球轴承16的内侧部分上端连接固定；上部角接触球轴承16的外侧部分与上部固定板15连接固定。

蜗杆支架5、手轮6、蜗杆7、蜗轮10、横向转轴11、齿轮12、齿条13、转轴支架14、上部平台板17、中部平台板18、下部平台板19、中间传力支柱20、重载模具弹簧21和载荷传感器22共同构成可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置的加载驱动机构。其中，蜗杆支架5与上部传动齿轮组4的从动轮下端连接固定，且其在左右两侧的安装位置偏离加载装置中轴线一定距离；蜗杆7的两侧与蜗杆支架5上的安装孔形成过盈装配，其一端与手轮6连接固定，其上的两段螺纹区域与蜗轮10啮合；转轴支架14与上部角接触球轴承16的内侧部分连接固定，其上的安装孔与横向转轴11形成过盈配合；横向转轴11的两端与安装于转轴支架14外侧的齿轮12连接固定，内侧偏离加载装置中轴线一定距离与蜗轮10连接固定；齿条13穿过上部角接触球轴承16的内侧部分和上部平台板17上的通孔，上侧与齿轮12啮合，下端与中部平台板18连接固定；中间传力支柱20穿过中部平台板18上的通孔，上端与上部平台板17连接固定，下端与下部平台板19连接固定；重载模具弹簧21分为上下两层安装，上层弹簧的上下两端分别与上部平台板17和中部平台板18连接固定，下层弹簧的上下两端分别与中部平台板18和下部平台板19连接固定；载荷传感器22的上端与下部平台板19的底部连接固定，下端与上部夹具转接口23连接固定。

上部夹具转接口23、下部夹具转接口24、下部角接触球轴承25、上部夹具27、被检测试样28、下部夹具29、活动盖板30和液氮低温罐31共同构成可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置的夹持与冷却机构。其中，上部夹具转接口23上端与载荷传感器22连接固定，下端与上部夹具27连接固定；下部夹具转接口24上端与下部角接触球轴承25的内侧连接固定，下端与下部夹具29连接固定；下部角接触球轴承25的外侧与中部固定板26连接固定；被检测试样28的上端与上部夹具27连接固定，下端与下部夹具29连接固定；活动盖板30通过安装孔与上部夹具转接口23和下部夹具29形成过渡配合，并覆盖于液氮低温罐31的开口上；液氮低温罐31与下部固定板32连接固定。

本实施案例的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置主要用于与采用圆周扫描模式且具有封闭式外壳的新一代工业CT扫描成像设备配合，对处于超低温环境中受载状态下的被检测试样28进行原位扫描成像，以获取包含有试样内部材料变形场信息的三维数字体图像。当转动手轮6带动蜗杆7顺时针或者逆时针旋转时，可以带动蜗轮10和通过横向转轴11与之固连的齿轮12进行正向或者反向旋转，进而驱动齿条13和与之固连的中部平台板18进行上下运动，从而使布置于上部平台板17和下部平台板19之间的重载模具弹簧21发生拉伸或压缩变形，为浸泡在液氮低温罐31中的被检测试样28精确施加指定大小和方向的载荷，并通过载荷传感器22进行实时监测。

本实施案例的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置由主体框架结构、同步旋转机构、加载驱动机构和夹持与冷却机构等四部分组成。其中，主体框架结构用于保持装置稳定安置于CT设备内部并承受工作过程中产生的内部载荷，同步旋转机构用于保证装置内部的被检测试样28和各个工作部件能够在CT设备载物台38的带动下做平稳的旋转运动，加载驱动机构用于为被检测试样28精确施加指定大小和方向的载荷，夹持与冷却机构用于将被检测试样28牢固夹持并保持在超低温的环境氛围中。

当加载装置工作时，重载模具弹簧21的具体状态变化过程为：当加载驱动机构用于产生拉伸载荷时，连接上部平台板17和中间平台板18的重载模具弹簧21处于压缩状态，连接中间平台板18和下部平台板19的重载模具弹簧21处于拉伸状态；当加载驱动机构用于产生压缩载荷时，连接上部平台板17和中间平台板18的重载模具弹簧21处于拉伸状态，连接中间平台板18和下部平台板19的重载模具弹簧21处于压缩状态。

如图10所示，主体框架结构中的复合式减振装置40外形为圆柱形，采用将上层减振弹簧4001、橡胶隔振层4002和下层减振弹簧4003间次布置在四层金属板4004中的结构；

如图9所示，同步旋转机构中的下部传动齿轮组33和上部传动齿轮组4均由一只大直径齿轮和一只小直径齿轮组成，大直径齿轮的中心轴线与加载装置的中心轴线重合，小直径齿轮安装在大直径齿轮的侧面；在下部传动齿轮组33中，大直径齿轮为主动轮，小直径齿轮为从动轮，在上部传动齿轮组4中，小直径齿轮为主动轮，大直径齿轮为从动轮。

如图6所示，同步旋转机构中的对接座圈36通过其内侧表面与安装于CT设备载物台38上的三爪卡盘37的外侧表面对接并实现摩擦锁定，使得CT设备载物台38的旋转能够带动加载装置中的活动部件进行同步旋转，实现对被检测试样28的圆周扫描。

如图2所示，加载驱动机构中的蜗杆7的安装位置与加载装置中轴线错开一定距离，避免其与副传动轴8发生空间干涉；在蜗杆7上两端螺纹区域具有相反的旋向，在通过手轮6使其转动时，可以带动成对布置的两只蜗轮10和通过横向转轴11与其连接固定的四只齿轮12进行对转，从而驱动呈方形布置的四根齿条13和与其连接固定的中部平台板18的升降运动，进而控制上下两层重载模具弹簧21发生压缩变形或拉伸变形，实现为被检测试样28施加指定大小的压缩载荷或拉伸载荷。

如图3所示，加载驱动机构中的重载模具弹簧21沿着各层平台板的边沿均匀布置，且所有弹簧的中心线均位于四根中间传力支柱20的中心线相连形成的线上。

如图7所示，夹持与冷却机构中的液氮低温罐31为中间抽真空的双层圆柱形结构，使用可耐受超低温并能透过X射线的高纯净石英玻璃材料制作；由泡沫塑料制作的活动盖板30覆盖于液氮低温罐31的顶部开口上，并能在上部夹具转接口23和下部夹具29的带动下进行同步旋转。

如图8所示，夹持与冷却机构中的上部夹具27和下部夹具29均使用可耐受超低温并能透过X射线的高纯净石英玻璃材料制作，且与被检测试样28组合后的形状为马蹄形。

如图4所示，在本实施案例中开放式的主体框架结构设计使得微型加载装置的侧面具有较大的开口，从而允许CT扫描成像设备的X射线发射装置41能够深入到加载装置内部，尽可能地贴近被检测试样28进行照射，并通过X射线接收装置42收集信号，从而最大限度地提高获取的三维数字体图像的分辨率，通过对被检测试样28在不同受载状态下的三维数字体图像进行分析运算，即可进一步获取其三维位移场数据和三维应变场数据。当携带有被检测试样28的微型加载装置放置于CT扫描成像设备内部进行圆周扫描时，安装于蜗杆7一端的手轮6必须停止转动，此时微型加载装置处于保载状态。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于，所述可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置包含主体框架结构、同步旋转机构、加载驱动机构和夹持与冷却机构四部分；

位于主体框架结构顶端和底端的同步旋转机构通过主传动轴(9)连动，位于主体框架结构上部的加载驱动机构和位于下部的夹持与冷却机构通过载荷传感器(22)连接固定；

所述主体框架结构包括：复合式减振装置(40)、可调高度支柱(39)、底座(34)、下部固定板(32)、中部固定板(26)、上部固定板(15)、框架立柱(3)和顶盖(1)；

其中，所述可调高度支柱(39)的上端与底座(34)连接固定，下端与复合式减振装置(40)连接固定；所述框架立柱(3)的上端与顶盖(1)连接固定，下端与底座(34)连接固定；所述上部固定板(15)、中部固定板(26)和下部固定板(32)分别与框架立柱(3)的上侧位置、中央位置和下侧位置并连接固定；

所述同步旋转机构包括：对接座圈(36)、下部平面轴承(35)、下部传动齿轮组(33)、主传动轴(9)、上部传动齿轮组(4)、上部平面轴承(2)、副传动轴(8)和上部角接触球轴承(16)；

其中，所述对接座圈(36)的下端可与安装于CT设备载物台(38)上的三爪卡盘(37)进行对接，上端与下部平面轴承(35)的内侧部分下端连接固定；所述下部平面轴承(35)的外侧部分与底座(34)连接固定，内侧部分上端与下部传动齿轮组(33)的主动轮连接固定；所述主传动轴(9)穿过下部固定板(32)、中部固定板(26)和上部固定板(15)对应位置上的通孔，顶端安装于顶盖(1)上的盲孔状定位槽中，底端安装与底座(34)上的盲孔状定位槽中，上侧与上部传动齿轮组(4)的主动轮连接固定，下侧与下部传动齿轮组(33)的从动轮连接固定；所述上部平面轴承(2)的外侧部分与顶盖(1)连接固定，内侧部分下端与上部传动齿轮组(4)的从动轮上端连接固定；所述副传动轴(8)的上端与上部传动齿轮组(4)的从动轮中心连接固定，下端与上部角接触球轴承(16)的内侧部分上端连接固定；所述上部角接触球轴承(16)的外侧部分与上部固定板(15)连接固定；

所述加载驱动机构包括：蜗杆支架(5)、手轮(6)、蜗杆(7)、蜗轮(10)、横向转轴(11)、齿轮(12)、齿条(13)、转轴支架(14)、上部平台板(17)、中部平台板(18)、下部平台板(19)、中间传力支柱(20)、重载模具弹簧(21)和载荷传感器(22)；

其中，所述蜗杆支架(5)与上部传动齿轮组(4)的从动轮下端连接固定，且其在左右两侧的安装位置偏离加载装置中轴线一定距离；所述蜗杆(7)的两侧与蜗杆支架(5)上的安装孔形成过盈装配，其一端与手轮(6)连接固定，其上的两段螺纹区域与蜗轮(10)啮合；所述转轴支架(14)与上部角接触球轴承(16)的内侧部分连接固定，其上的安装孔与横向转轴(11)形成过盈配合；所述横向转轴(11)的两端与安装于转轴支架(14)外侧的齿轮(12)连接固定，内侧偏离加载装置中轴线一定距离与蜗轮(10)连接固定；所述齿条(13)穿过上部角接触球轴承(16)的内侧部分和上部平台板(17)上的通孔，上侧与齿轮(12)啮合，下端与中部平台板(18)连接固定；所述中间传力支柱(20)穿过中部平台板(18)上的通孔，上端与上部平台板(17)连接固定，下端与下部平台板(19)连接固定；所述重载模具弹簧(21)分为上下两层安装，上层弹簧的上下两端分别与上部平台板(17)和中部平台板(18)连接固定，下层弹簧的上下两端分别与中部平台板(18)和下部平台板(19)连接固定；所述载荷传感器(22)的上端与下部平台板(19)的底部连接固定，下端与上部夹具转接口(23)连接固定；

所述夹持与冷却机构包括：上部夹具转接口(23)、下部夹具转接口(24)、下部角接触球轴承(25)、上部夹具(27)、被检测试样(28)、下部夹具(29)、活动盖板(30)和液氮低温罐(31)；

其中，所述上部夹具转接口(23)上端与载荷传感器(22)连接固定，下端与上部夹具(27)连接固定；所述下部夹具转接口(24)上端与下部角接触球轴承(25)的内侧连接固定，下端与下部夹具(29)连接固定；所述下部角接触球轴承(25)的外侧与中部固定板(26)连接固定；所述被检测试样(28)的上端与上部夹具(27)连接固定，下端与下部夹具(29)连接固定；所述活动盖板(30)通过安装孔与上部夹具转接口(23)和下部夹具(29)形成过渡配合，并覆盖于液氮低温罐(31)的开口上；所述液氮低温罐(31)与下部固定板(32)连接固定。

2.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述复合式减振装置(40)外形为圆柱形，采用将上层减振弹簧、橡胶隔振层和下层减振弹簧间次布置在四层金属板中的结构。

3.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述下部传动齿轮组(33)和上部传动齿轮组(4)均由一只大直径齿轮和一只小直径齿轮组成，大直径齿轮的中心轴线与加载装置的中心轴线重合，小直径齿轮安装在大直径齿轮的侧面；在下部传动齿轮组(33)中，大直径齿轮为主动轮，小直径齿轮为从动轮，在上部传动齿轮组(4)中，小直径齿轮为主动轮，大直径齿轮为从动轮。

4.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述同步旋转机构中的对接座圈(36)通过其内侧表面与安装于CT设备载物台(38)上的三爪卡盘(37)的外侧表面对接并锁定，使得CT设备载物台(38)的旋转能够带动加载装置中的活动部件进行同步旋转。

5.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述加载驱动机构中的蜗杆(7)的安装位置与加载装置中轴线错开布置；在蜗杆(7)上两端螺纹区域具有相反的旋向，蜗杆(7)转动时带动成对布置的两只蜗轮(10)和通过横向转轴(11)与其连接固定的四只齿轮(12)进行对转，从而驱动呈方形布置的四根齿条(13)和与其连接固定的中部平台板(18)的升降运动，进而控制上下两层重载模具弹簧(21)发生压缩变形或拉伸变形，实现为被检测试样(28)施加指定大小的压缩载荷或拉伸载荷。

6.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述加载驱动机构中的重载模具弹簧(21)沿着上中下三层平台板的边沿均匀布置，且所有弹簧的中心线均位于四根中间传力支柱(20)的中心线相连形成的线上。

7.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述夹持与冷却机构中的液氮低温罐(31)为中间抽真空的双层圆柱形结构；所述活动盖板(30)覆盖于液氮低温罐(31)的顶部开口上，并在上部夹具转接口(23)和下部夹具(29)的带动下进行同步旋转。

8.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述液氮低温罐(31)材料为可耐受超低温的高纯净石英玻璃材料。

9.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述活动盖板(30)材料为泡沫塑料。

10.根据权利要求1所述的可用于超低温条件下的DVC方法试验的微型加载装置，其特征在于：所述夹持与冷却机构中的上部夹具(27)和下部夹具(29)材料均为可耐受超低温的高纯净石英玻璃。

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