CN114942185A - 一种原位力学加载试验机、试验系统及试验方法 - Google Patents

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CN114942185A CN202210416719.8A CN202210416719A CN114942185A CN 114942185 A CN114942185 A CN 114942185A CN 202210416719 A CN202210416719 A CN 202210416719A CN 114942185 A CN114942185 A CN 114942185A
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薛开元
李营
李绍领
温慧鑫
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Abstract

本发明公开了一种原位力学加载试验机、试验系统及试验方法，试验机包括底座、可拆卸的样品腔、可拆卸的夹具、力学加载装置和光栅尺，更换不同的夹具得以进行拉伸或压缩或弯曲试验，光栅尺测量夹具的位移。系统包括试验机、X射线源和探测器；试验机通过更换三维断层扫描样品腔或散射/衍射样品腔，得以实现X射线三维断层扫描或散射/衍射成像。方法包括安装试验机，调节射线源与探测器，试验机对试样进行加载，在不同角度采集待测样品的二维投影图实现三维断层扫描或采集待测样品的散射/衍射图谱，得到应力‑应变曲线及样品内部微结构变化和损伤演化信息。实现了小型化、可切换成像模式、可实现多种加载模式、能精确控制样品受载数值。

Description

一种原位力学加载试验机、试验系统及试验方法
技术领域
本发明涉及原位力学加载试验机技术领域，特别是指一种原位力学加载试验机、试验系统及试验方法。
背景技术
在材料服役过程中，材料内部存在的纳米尺度的空穴、位错等缺陷会导致局部微损伤，随着外力或外场的加载，微损伤扩展、串接、汇合、失稳、经量变累计直至发展为宏观表面可见的损伤和破坏。因此理解材料内部变形损伤失效机制是预防材料破坏的关键前提。在汽车、航空航天等领域中，载具构件会面临多种复杂加载模式如拉伸、压缩、弯曲等，作用于构件的外载荷会导致多种损伤模式，仅仅通过一些离位和表面分析的手段难以提供充足的信息用于分析材料内部损伤及失效机理。因此对材料的原位和内部观测技术和实验仪器对于提高材料安全性、可靠性及使用寿命方面具有重要的意义。
在对某种材料进行X射线三维断层扫描成像时，为了研究材料失效机理及内部损伤规律，需要对样品进行加载，常见的加载模式有拉伸、压缩、三点弯曲、四点弯曲等，现有原位力学加载实验装置加载模式单一，无法实现多种模式的实验。由于X射线三维断层扫描成像系统的样品旋转台的最大承载重量有限，导致现有的大型力学加载试验机无法用于原位X射线三维断层扫描成像。
公开号为CN108982242A的发明专利公开了一种采用采用X射线三维成像的悬臂式旋转弯曲原位疲劳试验机，其主要由力加载单元、试样夹持单元、作动单元、传动单元、数据采集与控制单元组成。采用伺服电机作动，通过梅花形弹性联轴器将电机的旋转运动传递到试样下夹具上，由夹具带动试样进行旋转运动。试样上夹具连接有力加载单元，通过拧动螺钉对轴状试样施加径向力，从而使试样弯曲。在疲劳试验的过程中，同步辐射光源能够无阻挡穿透金属试样进行同步辐射成像，得到材料内部损伤的三维图像。
该试验机只能实现单一的力学加载模式-弯曲，不能够实现其他力学加载模式；该试验机适用于X射线三维断层扫描成像，但不适用于散射/衍射测试；样品所在位置高度太高，仪器整体体积过大，射线源与探测器位置调整受限；由各部件自身微小形变带来的误差无法排除；该试验机仅依靠电机带动丝杠转动，丝杠发生微小角度弯曲即会影响样品处回转精度；该试验机重量过大，影响旋转台的回转精度；样品与旋转台之间的距离过大，样品离旋转台位置越大，回转精度影响因素越多。
发明内容
本发明提供了一种原位力学加载试验机、试验系统及试验方法，现有力学加载试验机具有以下问题，由于X射线三维断层扫描成像系统的样品旋转台的最大承载重量有限，导致现有的大型的力学加载试验机无法用于原位X射线三维断层扫描成像；现有的小型原位力学加载试验机加载模式单一，无法实现多种加载模式的实验；只适用于单一的成像模式，即三维断层扫描成像与散射/衍射测试其中之一；装置位置排布不合理，样品所在位置高度太高；仪器整体体积过大，射线源与探测器位置调整受限；样品与旋转台之间的距离过大，导致影响回转精度的因素过多；由各部件自身微小形变带来的误差无法排除；试验机过大的重量同样会影响旋转台的回转精度。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一方面，本发明实施例提供一种原位力学加载试验机，包括底座，在所述底座的顶部安装有可拆卸的样品腔，在所述样品腔的顶部安装有可拆卸的对待测样品施加预设力的力学加载装置，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的夹具，更换不同的夹具得以进行拉伸或压缩或弯曲试验，在所述力学加载装置上安装有光栅尺，所述光栅尺测量所述夹具的位移。
优选地，所述力学加载装置包括外壳，在所述外壳的顶部依次安装有驱动电机和减速器，所述外壳的底部与所述样品腔可拆卸连接；
在所述壳体内安装有丝杠，所述减速器驱动所述丝杠，在所述丝杠上安装有活动块，在所述活动块的底部安装有力值传感器，所述力值传感器与所述夹具可拆卸连接，且所述力值传感器的轴线与所述丝杠的轴线和所述待测样品受载中心线重合。
优选地，所述三维断层扫描样品腔包括第一样品腔主体和设置在所述第一样品腔主体两端的第一样品法兰盘，所述第一样品腔主体为空心圆柱结构，在所述第一样品腔主体上垂直于所述第一样品腔主体的轴线设有第一通孔和第二通孔。
优选地，所述散射/衍射样品腔包括第二样品腔主体和设置在所述第二样样品腔主体两端的第二样品法兰盘，所述第二样品腔主体为两个对称设置的柱体。
优选地，所述夹具为拉伸夹具，所述系统得以进行拉伸试验；
所述拉伸夹具包括第一拉伸夹具和第二拉伸夹具，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第一拉伸夹具，在所述底座上安装有可拆卸的所述第二拉伸夹具，所述第一拉伸夹具和所述第二拉伸夹具夹持待测样品。
优选地，所述夹具为压缩夹具，所述系统得以进行压缩试验；
所述压缩夹具包括第一压缩件和第二压缩件，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第一拉压缩件，在所述底座上安装有可拆卸的所述第二压缩件，在所述第一压缩件上安装有上压头，在所述第二压缩件上安装有下压头，所述上压头与所述下压头压紧所述待测样品。
优选地，所述夹具为三点弯曲组件，所述系统得以进行三点弯曲试验；
所述三点弯曲组件包括第一压头与第二压头，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第一压头，在所述底座上安装有可拆卸的所述第二压头，所述第二压头两点支撑所述待测样品，所述第一压头一点施压所述待测样品；
或，所述夹具为四点弯曲组件，所述系统得以进行四点弯曲试验；
所述四点弯曲组件包括第三压头与第四压头，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第三压头，在所述底座上安装有可拆卸的所述第四压头，所述第四压头两点支撑所述待测样品，所述第三压头两点施压所述待测样品。
另一方面，本发明实施例提供一种原位力学加载试验系统，包括所述的原位力学加载试验机，还包括X射线源和探测器；
在X射线三维断层扫描模式下，所述样品腔更换为三维断层扫描样品腔，所述底座安装在旋转台上；在X射线散射/衍射模式下，所述样品腔更换为散射/衍射样品腔；所述X射线源发射出的射线穿过所述样品腔内的样品后被探测器接收。
另一方面，本发明实施例提供一种原位力学加载试验方法，所述方法利用原位力学加载试验系统，所述方法用于X射线散射/衍射检测，所述方法包括：
将底座、样品腔和力学加载装置快速拆下，将夹具快速拆下，将夹具更换为拉伸夹具或压缩夹具或三点弯曲组或四点弯曲组件，将样品腔更换为散射/衍射样品腔，将夹具、散射/衍射样品腔、底座与力学加载装置快速安装；
调节射线源与探测器高度，使射线源与探测器的水平中心轴线穿过样品中心位置；
开展在未受力状态下待测样品的X射线散射/衍射成像；通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的电机和力值传感器，对待测样品所受载荷进行调零，调零完成后，射线源发出X射线，照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，采集待测样品的散射/衍射图谱，再将散射/衍射图谱传输至计算机；
开展在受力状态下待测样品的X射线散射/衍射成像，通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的驱动电机和力值传感器，对待测样品进行加载，加载完成后，射线源发出X射线照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，采集待测样品的散射/衍射图谱，再将散射/衍射图谱传输至计算机；
增加待测样品受载数值，间断采集待测样品的散射/衍射图谱，直到待测样品发生明显破坏；
测试结束后关闭射线源、探测器及试验机，取出样品；
得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数，对采集到的样品在不同载荷下的散射/衍射图谱进行定量分析，得到样品在静态/准静态载荷作用过程中其内部微纳米尺度结构参数变化和损伤演化信息。
另一方面，本发明实施例提供一种原位力学加载试验方法，所述方法利用所述的原位力学加载试验系统，所述方法用于X射线三维断层扫描成像检测，所述方法包括：
将底座、样品腔和力学加载装置快速拆下，将夹具快速拆下，将夹具更换为拉伸夹具或压缩夹具或三点弯曲组或四点弯曲组件，将样品腔更换为三维断层扫描样品腔，将夹具、三维断层扫描样品腔、底座与力学加载装置快速安装；
将底座安装在旋转台上，调节射线源与探测器高度，使射线源与探测器的水平中心轴线穿过样品中心位置；
开展在未受力状态下待测样品的X射线三维断层扫描成像；通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的电机和力值传感器，对待测样品所受载荷进行调零，调零完成后，旋转台驱动力学加载装置旋转，射线源发出X射线，穿过样三维断层扫描样品腔照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，在不同角度采集待测样品的二维投影图，再将投影图传输至计算机；
开展在受力状态下待测样品的X射线三维断层扫描成像；通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的驱动电机和力值传感器，对待测样品进行预先设定的加载，加载完成后，旋转台驱动力学加载装置旋转，射线源发出X射线，穿过样三维断层扫描样品腔照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，在不同角度采集待测样品的二维投影图，再将投影图传输至计算机；
增加待测样品受载数值，重复上一步骤，直到待测样品发生明显破坏；
基于同步辐射光源的X射线三维断层扫描成像，旋转台步进旋转的总角度为180°；基于实验室光源的X射线三维断层扫描成像，旋转台步进旋转的总角度为360°；
扫描结束后关闭射线源、探测器及试验装置，取出样品；
得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数，并将拉伸或压缩模式下从不同角度采集到的二维投影图通过图像重构算法重构为三维样品图；或分析三点弯曲和四点弯曲试验模式下拍摄的X射线二维投影图，得到样品在静态/准静态载荷作用过程中其内部微纳米尺度结构参数变化和损伤演化信息。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
上述方案中，原位力学加载试验机可以快速更换样品腔，可以满足原位X射线三维断层扫描成像以及散射/衍射测试试验；本试验机分别设置有散射/衍射样品腔和三维断层扫描样品腔，最大化提高成像精度；样品腔位于整个系统的下端，且样品腔靠近旋转台，旋转精度高；利用试验机，只需要更换夹具，即可以进行拉伸或压缩或弯曲试验；本试验机采用光栅尺，排除了各部件微小形变带来的误差；本试验机的各部件采用轻量化设计，整体重量小，可以适应试验室X射线光源；本试验机可以进行静态/准静态加载测试；
试验系统中的原位力学加载试验机可以进行拉伸或压缩或弯曲试验，试验系统可以通过更换不同夹具或压头检测待测试样在不同加载模式如拉伸、压缩、弯曲情况下的准确的内部微纳米结构参数变化及损伤状态；试验系统中的原位力学加载试验机重量约为2.5kg，整体重量小，适用于原位X射线三维断层扫描成像；试验系统可对待测样品加载的同时，利用X射线三维断层扫描成像或散射/衍射测试，可以准确的表征材料在静态/准静态载荷下的内部微纳米结构参数变化及损伤状态；试验系统可以适用于X射线三维断层扫描成像和散射/衍射测试。
原位力学加载试验方法可以实现原位X射线三维断层扫描成像以及散射/衍射测试下的拉伸或压缩或弯曲试验；只需要更换夹具，即可实现拉伸或压缩或弯曲试验，简化了实验步骤；分别安装散射/衍射样品腔或三维断层扫描样品腔，成像精度高，可以准确地得到样品在静态/准静态载荷作用过程中内部微纳米结构参数变化和损伤演化信息；光栅尺测量夹具或压头的位移，排除了各构件间及构件本身的小变形产生的误差，得到的应力-应变曲线准确性高。
附图说明
图1为本发明的具有三维断层扫描样品腔的原位力学加载试验机的示意图；
图2为本发明的具有散射/衍射样品腔的原位力学加载试验机的示意图。
图3为本发明的原位力学加载试验机的主视图；
图4为本发明的原位力学加载试验机的左视图；
图5为本发明的原位力学加载试验机的压缩组件的结构示意图；
图6为本发明的原位力学加载试验机的拉伸组件的结构示意图；
图7为本发明的原位力学加载试验机的三点弯曲组件的结构示意图；
图8为本发明的原位力学加载试验机的四点弯曲组件的结构示意图；
图9为本发明的原位力学加载试验机的控制柜的结构示意图；
图10为本发明的原位力学加载试验机的散射/衍射样品腔的结构示意图；
图11为本发明的原位力学加载试验机的三维断层扫描样品腔的结构示意图；
图12为本发明的安装有第三拉伸夹具、第四拉伸夹具和三维断层扫描样品腔的原位力学加载试验机的结构示意图；
图13为本发明的原位力学加载试验机的第三拉伸夹具和第四拉伸夹具的剖视图；
图14为本发明的原位力学加载试验机的第三拉伸夹具和第四拉伸夹具的立体图一；
图15为本发明的原位力学加载试验机的第三拉伸夹具和第四拉伸夹具的立体图二；
图16为本发明的原位力学加载试验系统的结构示意图；
图17为本发明的实施例九提供的原位力学加载试验方法的流程图；
图18为本发明的实施例十提供的原位力学加载试验方法的流程图。
附图标记：
100、驱动部；200、信号传输部；300、测试部；400、底座；31、拉伸组件；311、第一拉伸夹具；312、第二拉伸夹具；313、第三拉伸夹具；314、第四拉伸夹具；32、压缩组件；321、第一压缩件；322、第二压缩件；323、上压头；324、下压头；33、三点弯曲组件；331、第一压头331；332、第二压头332；34、四点弯曲组件；341、第三压头341；342、第四压头342；101、外壳；102、样品腔；1021、三维断层扫描样品腔；10211、第一样品法兰盘；10212、第一样品腔主体；10213、第一通孔；10214、第二通孔；10215、削平面；1022、散射/衍射样品腔；10221、第二样品法兰盘；10222、柱体；10223、中心孔；11、驱动电机；12、减速器；13、丝杆；14、活动块；16、控制接口；17、驱动接口；18、电源接口；19、电源开关；20、控制柜；21、光栅尺；22、微动开关；23、滑槽；24、滑轨；25、力值传感器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本发明中的散射/衍射为散射或衍射，静态/准静态为静态或准静态。
实施例一
如图1～图11所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，包括底座400，在底座400的顶部安装有可拆卸的样品腔102，在样品腔102的顶部安装有可拆卸的对待测样品施加预设力的力学加载装置，在力学加载装置上安装有可拆卸的夹具，更换不同的夹具得以进行拉伸或压缩或弯曲试验，在力学加载装置上安装有光栅尺21，光栅尺21测量夹具的位移。
本实施例的原位力学加载试验机快速更换样品腔102，可以满足原位X射线三维断层扫描成像以及散射/衍射测试试验；本试验机分别设置有散射/衍射样品腔1022和三维断层扫描样品腔1021，尽可能地缩短了成像距离，最大化提高成像精度；样品腔102位于整个系统的下端，且样品腔102靠近旋转台处，旋转精度高；利用本实施例的试验机，只需要更换夹具，即可以进行拉伸或压缩或弯曲试验；本试验机重量约为2.5kg，且样品腔102处直径为53mm，实现了小型化、可切换成像模式、可实现多种加载模式、能精确控制样品受载数值、适用于原位X射线三维断层扫描成像、散射/衍射测试的拉-压-弯原位力学加载试验机；本试验机采用光栅尺21，排除了各部件微小形变带来的误差；本试验机的各部件采用轻量化设计，整体重量小，可以适应试验室X射线光源；本试验机可以进行静态/准静态加载测试。
可以对待测样品进行多种模式的力学测试，可以满足原位X射线三维断层扫描成像以及散射/衍射测试试验，基于待测样品的受力中心与拉伸组件31、压缩组件32第一弯曲组件与第二弯曲组件的施力轴心相重合，避免了夹具与待测样品之间产生位移，避免了测试时由夹具与待测样品产生相对位移导致的误差，提高了试验准确性。
如图1～图3所示的，力学加载装置包括外壳101，在外壳101的顶部依次安装有驱动电机11和减速器12，外壳101的底部与样品腔102可拆卸连接；在壳体内安装有丝杠，减速器12驱动丝杠，在丝杠上安装有活动块14，在活动块14的底部安装有力值传感器25，力值传感器25与夹具可拆卸连接，且力值传感器25的轴线与丝杠的轴线和待测样品受载中心线重合，测得样品所受应力值准确。在壳体内设有滑轨24，活动块14上的滑槽23得以沿着滑轨24移动。
具体地，驱动部100包括驱动电机11、减速器12、丝杠和活动块14，驱动电机11与减速器12连接，减速器12连接丝杆13，丝杆13连接活动块14；活动块14与信号传输部200连接。驱动部100通过提供拉-压驱动力，实现垂直方向的拉-压加载，驱动部100底面与样品腔102连接，样品腔102内部可容纳样品夹具或压头、样品和底座400。驱动电机11连接减速器12带动滚珠丝杠转动，活动块14随丝杠的正、反转实现上下移动。
具体地，驱动部100还包括与装置外壳101101内壁连接的滑轨24、与滑轨24连接的滑槽2323；滑槽2323与活动块1414连接。活动块1414通过一侧的滑槽2323与固定在装置外壳101101上的滑轨2424连接，实现上下滑动。
具体地，活动块14主体上下分别安装微动开关22限制行程，微动开关22起到位移保护的作用，防止由于过载导致力学加载装置损坏。
具体地，信号传输部200包括力值传感器25和光栅尺21，力值传感器25与活动块14连接，力值传感器25对作用在待测样品上的拉力或压力载荷进行实时测量，并将拉力或压力载荷转换成标准的模拟/数字信号传送给外部的控制器，控制器根据力值传感器25反馈的载荷数据和使用者的需求进行计算和判断，并做出控制响应，再送给驱动电机11执行，实现闭环控制。具体地，操作员给定夹具位移量或载荷量，由电机做出响应，如果给定的是位移量，则由电机直接执行，如果给出的是载荷量，则电机做出响应，当载荷到达给定值后，传感器做出控制响应，电机停止，实现夹具位移与样品受载大小的闭环控制。光栅尺21直接测量待测样品夹具处的位移，避免了各构件间及构件本身的小变形产生的误差。
具体地，测试部300包括拉伸组件31、压缩组件32、第一弯曲组件33与第二弯曲组件34。
如图9所示的，具体地，原位力学加载试验机还包括控制柜20，控制柜20正面接口包括控制接口16、驱动接口17、电源接口18以及电源开关19。控制柜20的主要电气元件包括力值采集卡、位移采集卡、开关电源、电机保护断路器、接触器。
实施例二
再如图1和图11所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，系统用于做基于X射线三维断层扫描的力学加载试验，在实施例一的基础上，将样品腔102更换为三维断层扫描样品腔1021。三维断层扫描样品腔1021包括第一样品腔主体10212和设置在第一样品腔主体10212两端的第一样品法兰盘10211，第一样品腔主体10212为空心圆柱结构，在第一样品腔主体10212上垂直于第一样品腔主体10212的轴线设有第一通孔10213和第二通孔10214，第一通孔10213方便调整样品的位置，同时，方便观察样品，第二通孔10214用于定位第四拉伸夹具与待测样品。在第一样品法兰盘10211为圆盘型结构，在第一样品法兰盘10211上设有连接孔，具体地，第二样品法兰盘10221上设置有中心孔10223，在第一样品法兰盘10211圆周外侧上相对设有两个削平面10215，削平面10215起到定位的作用。三维断层扫描样品腔1021的材质采用X射线透过率高且具有较好支撑性能的材质，包括但不限于机玻璃或碳玻璃或铝合金或碳化硼或氮化硼或金刚石或纤维增强树脂基复合材料，保证了原位X射线三维断层扫描成像在360°旋转过程中第三维断层扫描样品腔1021材质对X射线的高透过率。本实施例的三维断层扫描样品腔1021安装在外壳101和底座400之间，第一样品腔主体10212一端的第一样品法兰盘10211与外壳101的底部通过螺栓快速连接，第一样品腔主体10212另一端的第一样品法兰盘10211与底座400通过螺栓快速连接。底座400通过螺栓快速安装在旋转台上，待测样品相对入射光源的角度变化。
实施例三
再如图2、图10所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，系统用于做基于X射线散射/衍射的力学加载试验，在实施例一的基础上，将样品腔102更换为散射/衍射样品腔1022。散射/衍射样品腔1022包括第二样品腔主体和设置在第二样品腔102主体两端的第二样品法兰盘10221，第二样品腔主体为两个对称设置的柱体10222。第二样品法兰盘10221为长方体结构，在第二样品法兰盘10221上设有连接孔。具体地，第二样品法兰盘10221上设置有中心孔10223。散射/衍射样品腔1022的材质包括但不限于纯金属或合金或高强度复合材料或陶瓷。
本实施例的散射/衍射样品腔1022安装在外壳101和底座400之间，第二样品腔主体一端的第二样品法兰盘10221与外壳101的底部通过螺栓快速连接，第二样品腔主体另一端的第二样品法兰盘10221与底座400通过螺栓快速连接。
实施例四
如图2、图3和图5所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，在施例一或实施例二或实施例三的基础上，将夹具更换为拉伸夹具，系统得以进行X射线三维断层扫描或散射/衍射的拉伸试验；拉伸夹具包括第一拉伸夹具311和第二拉伸夹具312，在力学加载装置上安装有可拆卸的第一拉伸夹具311，具体地，在力值传感器25的底端安装有可拆卸的第一拉伸夹具311；在底座400上安装有可拆卸的第二拉伸夹具312，第一拉伸夹具311和第二拉伸夹具312夹持待测样品。
具体地，第二拉伸夹具312穿过第一样品法兰盘10211上的中心孔10223或第二样品法兰盘10221上的中心孔10223，第二拉伸夹具312的底部卡在底座400的定位凹槽内，第二拉伸夹具312与底座400通过螺钉连接。本实施的原位力学加载试验机的安装方法包括：
安装拉伸夹具，将待测样品两端分别插入第一拉伸夹具311的拉伸孔内和第二拉伸夹具312的拉伸孔内，利用螺栓将待测样品与第一拉伸夹具311和第二拉伸夹具312固定，微调待测样品使其与第一拉伸夹具311同心，将第一拉伸夹具311通过连接筒与力值传感器25下端螺柱连接，由柱销定位，将待测样品安装在第一拉伸夹具311和第二拉伸夹具312上；将拉伸夹具连同夹持的待测样品一起缓慢安放到样品腔102内，小心下放，观察待测样品，使第二拉伸夹具312的底部插入底座400的定位凹槽内，拉伸组件31样品腔102，将第二拉伸夹具312与底座400用螺钉连接，待测样品安装完成；
拆卸拉伸夹具，将第二拉伸夹具312与底座400用螺钉拆下，将第二样品法兰盘10221与外壳101的螺栓拆下，或将第一样品法兰盘10211与外壳101的螺栓拆下，将力学加载装置连带着拉伸夹具和待测样品一起从样品腔102内取出，将待测样品与第一拉伸夹具311和第二拉伸夹具312的螺栓拆下，将第一拉伸夹具311与力值传感器25拆下。
具体地，在做X射线三维断层扫描的力学加载试验，在安装拉伸夹具过程中，先将三维断层扫描样品腔1021安装在底座400上，在安装拉伸夹具时，将第一拉伸夹具311的侧平面、第二拉伸夹具312的侧平面与三维断层扫描样品腔1021的削平面10215平行，定位第一拉伸夹具311、第二拉伸夹具312、三维断层扫描样品腔1021及待测样品，光栅尺21直接测量第一拉伸夹具311的位移。利用三维断层扫描样品腔1021的第一通孔10213观察样品。
实施例五
如图12～图14所示的，本实施例提供了一种力学加载试验机原位力学加载试验机，在施例一或实施例二或实施例三的基础上，将夹具更换为拉伸夹具，系统得以进行X射线三维断层扫描或散射/衍射的拉伸试验；拉伸夹具包括第三拉伸夹具313和第四拉伸夹具314，在力学加载试装置力学加载装置上安装有可拆卸的第三拉伸夹具313，具体地，在力值传感器25的底端安装有可拆卸的第三拉伸夹具313；在底座400上安装有可拆卸的第四拉伸夹具314，第三拉伸夹具313和第四拉伸夹具314夹持待测样品。
具体地，第四拉伸夹具314穿过第一样品法兰盘10211上的中心孔10223或第二样品法兰盘10221上的中心孔10223，第四拉伸夹具314的底部卡在底座400的定位凹槽内，第四拉伸夹具314与底座400通过螺钉连接。
本实施的力学加载试验机原位力学加载试验机的安装方法包括：
安装拉伸夹具，第四拉伸夹具314的底部插入底座400的定位凹槽内，将第四拉伸夹具314与底座400用螺钉连接。将待测样品的一端插入第三拉伸夹具313的拉伸孔内，螺栓拧入拉伸定位孔内，将待测样品与第三拉伸夹具313固定。微调待测样品使其与第三拉伸夹具313同心，将第三拉伸夹具313通过连接筒与力值传感器25下端螺柱连接，由柱销定位；将第三拉伸夹具313连同夹持的待测样品一起缓慢安放到样品腔102内，小心下放，观察待测样品，缓慢转动第三拉伸夹具313，直至待测样品底部插入第四拉伸夹具314的拉伸孔内，螺栓拧入拉伸定位孔内，将待测样品与第四拉伸夹具314固定。
拆卸拉伸夹具，将第二样品法兰盘10221与外壳101的螺栓拆下，或将第一样品法兰盘10211与外壳101的螺栓拆下，将第四拉伸夹具314与待测样品连接用的螺栓拆除，将力学加载试装置力学加载装置连带着第三拉伸夹具313和待测样品一起从样品腔102内取出，将待测样品与第三拉伸夹具313的螺栓拆下，将第三拉伸夹具313与力值传感器25拆下，将第四拉伸夹具314与底座400用螺钉拆下。
具体地，在做X射线三维断层扫描的力学加载试验，在安装拉伸夹具过程中，先将三维断层扫描样品腔1021安装在底座400上，在安装拉伸夹具时，将第三拉伸夹具313的侧平面、第四拉伸夹具314的侧平面、底座400的侧平面与三维断层扫描样品腔1021的削平面10215平行，定位第三拉伸夹具313、第四拉伸夹具314、底座400、三维断层扫描样品腔1021及待测样品。当待测样品底部插入第四拉伸夹具314的拉伸孔内，螺栓穿过三维断层扫描样品腔1021的第二通孔10214、拧入第四拉伸夹具314的拉伸定位孔内，将待测样品与第四拉伸夹具314和三维断层扫描样品腔1021固定。利用三维断层扫描样品腔1021的第一通孔10213观察样品。光栅尺21直接测量第三拉伸夹具313的位移。
实施例六
如图2、图3和图6所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，在实施例一或实施例二或实施例三的基础上，将夹具更换为压缩夹具，系统得以进行X射线三维断层扫描或散射/衍射的压缩试验；压缩夹具包括第一压缩件321和第二压缩件322，在力学加载装置上安装有可拆卸的第一拉压缩件，具体地，在力值传感器25的底端安装有可拆卸的第一拉压缩件；在底座400上安装有可拆卸的第二压缩件322，在第一压缩件321上安装有上压头323，在第二压缩件322上安装有下压头324，上压头323与下压头324压紧待测样品。
本实施的原位力学加载试验机的安装方法包括：
安装压缩夹具，将第一拉压缩件通过连接筒与力值传感器25下端螺柱连接，由柱销定位；第二拉压缩件通过螺栓固定在底座400上；将待测样品竖直放入第二拉压缩件上，将第一拉压缩件缓慢安放到样品腔102内，使得第一拉压缩件位于待测样品的上方，待测样品靠近第一拉压缩件与第二拉压缩件中心轴线。
拆卸压缩夹具，将第一拉压缩件缓慢向上抬起，拆卸第一拉压缩件与力值传感器25，将样品取出，将第二拉压缩件与底座400的螺栓拆除。
具体地，在做X射线三维断层扫描的力学加载试验，在安装压缩夹具过程中，先将三维断层扫描样品腔1021安装在底座400上，在安装拉伸夹具时，将第一压缩件321的侧平面和第二压缩件322的侧平面与三维断层扫描样品腔1021的削平面10215平行，定位第一压缩件321、第二压缩件322、三维断层扫描样品腔1021及待测样品。利用三维断层扫描样品腔1021的第一通孔10213观察样品，同时，可以利用第一通孔10213调整待测样品的位置。光栅尺21直接测量第一压缩件321的位移。
实施例七
如图2、图3和图7所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，在实施例一或实施例二或实施例三的基础上，将夹具更换为三点弯曲组件33，系统得以进行X射线三维断层扫描或散射/衍射的三点弯曲试验；三点弯曲组件33包括第一压头331与第二压头332，在力学加载装置上安装有可拆卸的第一压头331，具体地，在力值传感器25的底端安装有可拆卸的第一压头331；在底座400上安装有可拆卸的第二压头332，第二压头332两点支撑待测样品，第一压头331一点施压待测样品。
具体地，在做X射线三维断层扫描的力学加载试验，在安装压缩夹具过程中，先将三维断层扫描样品腔1021安装在底座400上，在安装拉伸夹具时，将第一压头331的侧平面与第二压头332的侧平面与三维断层扫描样品腔1021的削平面10215平行，定位第一压头331与第二压头332、三维断层扫描样品腔1021及待测样品。利用三维断层扫描样品腔1021的第一通孔10213观察样品，同时，利用第一通孔10213调整待测样品的位置。光栅尺21直接测量第一压头331的位移。
实施例八
如图2、图3和图8所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验机，在实施例一或实施例二或实施例三的基础上，将夹具更换为四点弯曲组件34，系统得以进行X射线三维断层扫描或散射/衍射的四点弯曲试验；四点弯曲组件34包括第三压头341与第四压头342，在力学加载装置上安装有可拆卸的第三压头341，具体地，在力值传感器25的底端安装有可拆卸的第三压头341；在底座400上安装有可拆卸的第四压头342，第三压头341两点支撑待测样品，第四压头342两点施压待测样品。
本发明的原位力学加载试验机的安装方法包括：
安装三点弯曲组件33或四点弯曲组件34，将第一压头331或第三压头341通过连接筒与力值传感器25下端螺柱连接，由柱销定位；第二压头332或第四压头342通过螺栓固定在底座400上，保证第一压头331或第三压头341和第二压头332或第四压头342的中心线应平行；将待测样品竖直放入第二压头332或第四压头342上，保证待测样品两端余量保持相等，将第一压头331或第三压头341缓慢安放到样品腔102内，使得第一压头331或第三压头341位于待测样品的上方，待测样品靠近第一压头331或第三压头341与第二压头332或第四压头342中心轴线。
拆卸三点弯曲组件33或四点弯曲组件34，将第一压头331或第三压头341缓慢向上抬起，拆卸第一压头331或第三压头341与力值传感器25，将样品取出，将第二压头332或第四压头342与底座400的螺栓拆除。
具体地，在做X射线三维断层扫描的力学加载试验，在安装压缩夹具过程中，先将三维断层扫描样品腔1021安装在底座400上，在安装拉伸夹具时，将第三压头341的侧平面与第四压头342的侧平面与三维断层扫描样品腔1021的削平面10215平行，定位第三压头341、第四压头342、三维断层扫描样品腔1021及待测样品。利用三维断层扫描样品腔1021的第一通孔10213观察样品，同时，利用第一通孔10213调整待测样品的位置。光栅尺21直接测量第三压头341的位移。
实施例九
如图16所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验系统，包括原位力学加载试验机，还包括X射线源和探测器；
在X射线三维断层扫描模式下，样品腔102更换为三维断层扫描样品腔1021，底座400安装在旋转台上；在X射线散射/衍射模式下，样品腔102更换为散射/衍射样品腔1022；X射线源发射出的射线穿过样品腔102内的样品后被探测器接受。
本实施例的原位力学加载试验系统中的原位力学加载试验机可以进行拉伸或压缩或弯曲试验，试验系统可以检测待测试样在多种加载模式如拉伸、压缩、弯曲情况下的较为准确的内部微结构及损伤状态；试验系统中的原位力学加载试验机重量约为2.5kg，整体重量小，可以用于原位X射线三维断层扫描成像；试验系统可对待测样品加载的同时，利用X射线三维断层扫描成像或散射/衍射测试，可以准确的表征材料在静态/准静态载荷下的内部微结构及损伤状态；试验系统集成了X射线三维断层扫描成像和散射/衍射测试。
实施例十
如图17所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验方法，试验方法为基于X射线散射/衍射的原位力学加载试验方法，方法包括：
S110、将底座400、样品腔102和力学加载装置力学加载装置快速拆下，将夹具快速拆下，将夹具更换为拉伸夹具或压缩夹具或三点弯曲组或四点弯曲组件34，将样品腔102更换为散射/衍射样品腔102，将夹具、散射/衍射样品腔102、底座400与力学加载装置快速安装；
S120、调节射线源与探测器高度，使射线源与探测器的水平中心轴线穿过样品中心位置；
S130、开展在未受力状态下待测样品的X射线散射/衍射成像，通过控制软件和控制柜20控制力学加载装置的电机和力值传感器25，对待测样品所受载荷进行调零，调零完成后，射线源发出X射线照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，采集待测样品的散射/衍射图谱，再将散射/衍射图谱传输至计算机；
S140、开展在受力状态下待测样品的X射线散射/衍射成像；通过控制软件和控制柜20控制力学加载装置的驱动电机11和力值传感器25，对待测样品进行加载，加载完成后，射线源发出X射线，穿过散射/衍射样品腔102照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，采集待测样品的散射/衍射图谱，再将散射/衍射图谱传输至计算机；
S150、增加待测样品受载数值，间断采集待测样品的散射/衍射图谱，直到待测样品发生明显破坏；
S160、测试结束后关闭射线源、探测器及试验机，取出样品；
S170、得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数(如弹性模量、抗拉强度、压缩强度、屈服强度等)，对采集到的样品在不同载荷下的散射/衍射图谱进行定量分析，得到样品在静态/准静态载荷作用过程能中其内部微纳米尺度结构参数变化和损伤演化信息。
实施例十一
如图18所示的，本实施例提供了一种原位力学加载试验方法，方法为基于X射线三维断层扫描的检测方法，方法包括：
S210、将底座400、样品腔102和力学加载装置快速拆下，将夹具快速拆下，将夹具更换为拉伸夹具或压缩夹具或三点弯曲组或四点弯曲组件34，将样品腔102更换为三维断层扫描样品腔1021，将夹具、三维断层扫描样品腔1021、底座400与力学加载装置快速安装；
S220、将底座400安装在旋转台上，调节射线源与探测器高度，使射线源与探测器的水平中心轴线穿过样品中心位置；
S230、开展在未受力状态下待测样品的X射线三维断层扫描成像，通过控制软件和控制柜20控制力学加载装置的电机和力值传感器25，对待测样品所受载荷进行调零，调零完成后，旋转台驱动力学加载装置旋转，射线源发出X射线，穿过样三维断层扫描样品腔1021照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，在不同角度采集待测样品的二维投影图，再将投影图传输至计算机；
S240、开展在受力状态下待测样品的X射线三维断层扫描成像，通过控制软件和控制柜20控制力学加载装置的驱动电机11和力值传感器25，对待测样品进行预先设定的加载，加载完成后，旋转台驱动力学加载装置旋转，射线源发出X射线，穿过样三维断层扫描样品腔1021照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，在不同角度采集待测样品的二维投影图，再将投影图传输至计算机；
基于同步辐射光源的X射线三维断层扫描成像，旋转台步进旋转的总角度为180°；基于实验室光源的X射线三维断层扫描成像，旋转台步进旋转的总角度为360°；
S250、增加待测样品受载数值，重复上一步骤，直到待测样品发生明显破坏；
S260、扫描结束后关闭射线源、探测器及试验装置，取出样品；
S270、得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数(如弹性模量、抗拉强度、压缩强度、屈服强度等)，并将拉伸或压缩模式下从不同角度采集到的二维投影图通过图像重构算法重构为三维样品图；或分析三点弯曲和四点弯曲试验模式下拍摄的X射线二维投影图，得到样品在静态/准静态载荷作用过程中其内部微纳米尺度结构参数变化和损伤演化信息。
本发明的原位力学加载试验方法可以实现原位X射线三维断层扫描成像以及散射/衍射测试下的拉伸或压缩或弯曲试验；只需要更换夹具，即可实现拉伸或压缩或弯曲试验，简化了试验方法；分别安装散射/衍射样品腔1022或三维断层扫描样品腔1021，成像精度高，可以准确地得到样品在静态/准静态载荷作用时内部微结构变化和损伤演化信息；光栅尺21测量夹具的位移，避免了各构件间及构件本身的小变形产生的误差，得到的应力-应变曲线准确性高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种原位力学加载试验机，其特征在于，包括底座，在所述底座的顶部安装有可拆卸的样品腔，在所述样品腔的顶部安装有可拆卸的对待测样品施加预设力的力学加载装置，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的夹具，更换不同的夹具得以进行拉伸或压缩或弯曲试验，在所述力学加载装置上安装有光栅尺，所述光栅尺测量所述夹具的位移。
2.根据权利要求1所述的原位力学加载试验机，其特征在于，所述力学加载装置包括外壳，在所述外壳的顶部依次安装有驱动电机和减速器，所述外壳的底部与所述样品腔可拆卸连接；
在所述壳体内安装有丝杠，所述减速器驱动所述丝杠，在所述丝杠上安装有活动块，在所述活动块的底部安装有力值传感器，所述力值传感器与所述夹具可拆卸连接，且所述力值传感器的轴线与所述丝杠的轴线和所述待测样品受载中心线重合。
3.根据权利要求1所述的原位力学加载试验机，其特征在于，所述三维断层扫描样品腔包括第一样品腔主体和设置在所述第一样品腔主体两端的第一样品法兰盘，所述第一样品腔主体为空心圆柱结构，在所述第一样品腔主体上垂直于所述第一样品腔主体的轴线设有第一通孔和第二通孔。
4.根据权利要求1所述的原位力学加载试验机，其特征在于，所述散射/衍射样品腔包括第二样品腔主体和设置在所述第二样样品腔主体两端的第二样品法兰盘，所述第二样品腔主体为两个对称设置的柱体。
5.根据权利要求1所述的原位力学加载试验机，其特征在于，所述夹具为拉伸夹具，所述系统得以进行拉伸试验；
所述拉伸夹具包括第一拉伸夹具和第二拉伸夹具，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第一拉伸夹具，在所述底座上安装有可拆卸的所述第二拉伸夹具，所述第一拉伸夹具和所述第二拉伸夹具夹持待测样品。
6.根据权利要求1所述的原位力学加载试验机，其特征在于，所述夹具为压缩夹具，所述系统得以进行压缩试验；
所述压缩夹具包括第一压缩件和第二压缩件，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第一拉压缩件，在所述底座上安装有可拆卸的所述第二压缩件，在所述第一压缩件上安装有上压头，在所述第二压缩件上安装有下压头，所述上压头与所述下压头压紧所述待测样品。
7.根据权利要求1所述的原位力学加载试验机，其特征在于，所述夹具为三点弯曲组件，所述系统得以进行三点弯曲试验；
所述三点弯曲组件包括第一压头与第二压头，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第一压头，在所述底座上安装有可拆卸的所述第二压头，所述第二压头两点支撑所述待测样品，所述第一压头一点施压所述待测样品；
或，所述夹具为四点弯曲组件，所述系统得以进行四点弯曲试验；
所述四点弯曲组件包括第三压头与第四压头，在所述力学加载装置上安装有可拆卸的所述第三压头，在所述底座上安装有可拆卸的所述第四压头，所述第四压头两点支撑所述待测样品，所述第三压头两点施压所述待测样品。
8.一种原位力学加载试验系统，其特征在于，包括如权利要求1～7任意一项所述的原位力学加载试验机，还包括X射线源和探测器；
在X射线三维断层扫描模式下，所述样品腔更换为三维断层扫描样品腔，所述底座安装在旋转台上；在X射线散射/衍射模式下，所述样品腔更换为散射/衍射样品腔；所述X射线源发射出的射线穿过所述样品腔内的样品后被探测器接收。
9.一种原位力学加载试验方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求8所述的原位力学加载试验系统，所述方法用于X射线散射/衍射检测，所述方法包括：
将底座、样品腔和力学加载装置快速拆下，将夹具快速拆下，将夹具更换为拉伸夹具或压缩夹具或三点弯曲组或四点弯曲组件，将样品腔更换为散射/衍射样品腔，将夹具、散射/衍射样品腔、底座与力学加载装置快速安装；
调节射线源与探测器高度，使射线源与探测器的水平中心轴线穿过样品中心位置；
开展在未受力状态下待测样品的X射线散射/衍射成像；通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的电机和力值传感器，对待测样品所受载荷进行调零，调零完成后，射线源发出X射线照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，采集待测样品的散射/衍射图谱，再将散射/衍射图谱传输至计算机；
开展在受力状态下待测样品的X射线散射/衍射成像；通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的驱动电机和力值传感器，对待测样品进行连续加载，同时，射线源发出X射线照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，采集待测样品的散射/衍射图谱，再将散射/衍射图谱传输至计算机；
连续增加待测样品受载数值，间断采集待测样品的散射/衍射图谱，直到待测样品发生明显破坏；
测试结束后关闭射线源、探测器及试验机，取出样品；
得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数，对采集到的样品在不同载荷下的散射/衍射图谱进行定量分析，得到样品在静态/准静态载荷作用过程中其内部微纳米尺度结构参数变化和损伤演化信息。
10.一种原位力学加载试验方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求8所述的原位力学加载试验系统，所述方法用于X射线三维断层扫描成像检测，所述方法包括：
将底座、样品腔和力学加载装置快速拆下，将夹具快速拆下，将夹具更换为拉伸夹具或压缩夹具或三点弯曲组件或四点弯曲组件，将样品腔更换为三维断层扫描样品腔，将夹具、三维断层扫描样品腔、底座与力学加载装置快速安装；
将底座安装在旋转台上，调节射线源与探测器高度，使射线源与探测器的水平中心轴线穿过样品中心位置；
开展在未受力状态下待测样品的X射线三维断层扫描成像。步骤如下：通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的电机和力值传感器，对待测样品所受载荷进行调零，调零完成后，旋转台驱动力学加载装置旋转，射线源发出X射线，穿过样三维断层扫描样品腔照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，在不同角度采集待测样品的二维投影图，再将投影图传输至计算机；
开展在受力状态下待测样品的X射线三维断层扫描成像。步骤如下：通过控制软件和控制柜控制力学加载装置的驱动电机和力值传感器，对待测样品进行预先设定的第一步加载，加载完成后，旋转台驱动力学加载装置旋转，射线源发出X射线，穿过三维断层扫描样品腔照射在待测样品上，透过待测样品的X射线由探测器接收，在不同角度采集待测样品的二维投影图，再将投影图传输至计算机；
增加待测样品受载数值，重复上一步骤，直到待测样品发生明显破坏；
扫描结束后关闭射线源、探测器及试验装置，取出样品；
得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数，并将拉伸或压缩模式下从不同角度采集到的二维投影图通过图像重构算法重构为三维图；或分析三点弯曲和四点弯曲试验模式下拍摄的X射线二维投影图，得到样品在静态/准静态载荷作用过程中其内部微纳米尺度结构参数变化和损伤演化信息。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115308251A (zh) * 2022-10-12 2022-11-08 中国科学技术大学 与低场核磁共振谱仪联用的模块化同步检测装置

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001153821A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Shimadzu Corp 材料試験機
JP2004327500A (ja) * 2003-04-21 2004-11-18 Canon Inc Ｘ線透過ユニット
CN102494951A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 北京交通大学 可旋转岩土试验机
CN107389457A (zh) * 2017-06-20 2017-11-24 北京交通大学 基于碳纤维压力室的岩石力学试验机
CN107537065A (zh) * 2017-07-11 2018-01-05 吉林大学 基于原位测试的高熵合金人工关节耦合仿生构建方法
CN109724873A (zh) * 2019-01-30 2019-05-07 北京航空航天大学 一种适应拉压载荷的ct试样裂纹扩展试验夹具
CN110057684A (zh) * 2019-03-01 2019-07-26 西安交通大学 基于原位观察实验热电力电耦合样品台
CN110907285A (zh) * 2019-11-19 2020-03-24 中国航发北京航空材料研究院 一种用于dvc方法试验的微型加载装置
CN111077014A (zh) * 2020-03-11 2020-04-28 南京航空航天大学 一种陶瓷基复合材料细观损伤Micro-CT原位加载装置及试验方法
CN111238973A (zh) * 2020-03-14 2020-06-05 北京科技大学 工业ct机配套动静组合加载岩石破裂表征试验装置及方法
CN211122319U (zh) * 2019-12-09 2020-07-28 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种微动加载试验装置
CN111965006A (zh) * 2020-09-03 2020-11-20 中国石油天然气集团有限公司 一种泥页岩颗粒强度测试仪及其测试方法
CN112113844A (zh) * 2020-09-25 2020-12-22 中国科学院高能物理研究所 一种原位机械性能测试装置及测试方法
CN112304759A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 西北工业大学 一种基于同步辐射测试的固体推进剂拉伸装置
CN112834321A (zh) * 2021-01-07 2021-05-25 北京理工大学 一种超低温环境下原位加载微ct表征系统及其表征方法
CN113514319A (zh) * 2021-05-10 2021-10-19 吉林大学 扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器
CN114295659A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 基于小角中子散射的填充橡胶马林斯效应原位测定方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001153821A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Shimadzu Corp 材料試験機
JP2004327500A (ja) * 2003-04-21 2004-11-18 Canon Inc Ｘ線透過ユニット
CN102494951A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 北京交通大学 可旋转岩土试验机
CN107389457A (zh) * 2017-06-20 2017-11-24 北京交通大学 基于碳纤维压力室的岩石力学试验机
CN107537065A (zh) * 2017-07-11 2018-01-05 吉林大学 基于原位测试的高熵合金人工关节耦合仿生构建方法
CN109724873A (zh) * 2019-01-30 2019-05-07 北京航空航天大学 一种适应拉压载荷的ct试样裂纹扩展试验夹具
CN110057684A (zh) * 2019-03-01 2019-07-26 西安交通大学 基于原位观察实验热电力电耦合样品台
CN110907285A (zh) * 2019-11-19 2020-03-24 中国航发北京航空材料研究院 一种用于dvc方法试验的微型加载装置
CN211122319U (zh) * 2019-12-09 2020-07-28 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种微动加载试验装置
CN111077014A (zh) * 2020-03-11 2020-04-28 南京航空航天大学 一种陶瓷基复合材料细观损伤Micro-CT原位加载装置及试验方法
CN111238973A (zh) * 2020-03-14 2020-06-05 北京科技大学 工业ct机配套动静组合加载岩石破裂表征试验装置及方法
CN111965006A (zh) * 2020-09-03 2020-11-20 中国石油天然气集团有限公司 一种泥页岩颗粒强度测试仪及其测试方法
CN112113844A (zh) * 2020-09-25 2020-12-22 中国科学院高能物理研究所 一种原位机械性能测试装置及测试方法
CN112304759A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 西北工业大学 一种基于同步辐射测试的固体推进剂拉伸装置
CN112834321A (zh) * 2021-01-07 2021-05-25 北京理工大学 一种超低温环境下原位加载微ct表征系统及其表征方法
CN113514319A (zh) * 2021-05-10 2021-10-19 吉林大学 扫描电子显微镜中原位静-动态疲劳力学性能测试仪器
CN114295659A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 基于小角中子散射的填充橡胶马林斯效应原位测定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SUDHANSHU S SINGH ET.AL: "In situ experimental techniques to study the mechanical behavior of materials using X-ray synchrotron tomography", 《INTEGRATING MATERIALS AND MANUFACTURING INNOVATION》 *
Y.S: "Experimental evaluation of the effect of the incidence angle and consolidation pressure on the hydraulic resistance capacity of clayey soils" *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115308251A (zh) * 2022-10-12 2022-11-08 中国科学技术大学 与低场核磁共振谱仪联用的模块化同步检测装置
CN115308251B (zh) * 2022-10-12 2023-07-14 中国科学技术大学 与低场核磁共振谱仪联用的模块化同步检测装置

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