【技术实现步骤摘要】 用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机及试验方法本专利技术属于原位成像控制试验设备领域，具体涉及一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机及试验方法。技术介绍高能X射线计算机断层扫描技术具备亚微米空间和微秒时间分辨率及百keV级的卓越探测能力，较常规工业X光机的试验水平高出几个数量级，使得在微米和亚微米分辨率下观测材料内部孔隙结构演变成为可能，给金属材料、复合材料等细观力学性能研究带来前所未有的机遇。目前，国内在利用高能X射线计算机断层扫描技术对金属材料及复合材料内部孔隙结构破坏过程的研究比较少，急需开展基于高能X射线源的金属材料、复合材料、多孔材料等原位力学性能试验，揭示内部孔隙演化规律及破坏机理。作为冷却剂通过的载体，陶瓷、碳纤维等复合材料的孔隙率往往都比较低，这样才能保证冷却剂在一定的压力下实现定量渗出。在发汗冷却的实际应用中，复合材料的内部孔隙结构完整性对热防护效率有着决定性的影响。而在冷却剂的压力下，材料内部孔隙结构有可能会受到破坏，进而堵塞开孔通道，冷却剂不能及时、均匀、高效地渗出材料表面。由于陶瓷、碳纤维等复合材料失效时大多由内部孔隙结构的破坏引起，并且直接决定着冷却剂的渗流情况，因此有必要研究其在外加渗流剂情况下，内部结构的液体渗透性能及其破坏过程。而内部结构破坏过程很难通过简便的试验确定，需要通过原位力学性能实验对材料内部孔隙结构的演变过程进行深入研究，揭示其破坏规律，为材料的工程应用与评价提供理论基础。国内外学者在材料内部结构及典型缺陷的数理模型、材料缺陷在外部载荷作用下的演化机制、含缺陷材料性能数值预报模型方面的研究还比较有限。在基于高能X射线三维成像数字重构、有限元高效建模、材料性能及寿命预测一体化的工作方面，还处于起步阶段。为了实现精确、高效预测材料在不同服役条件下性能预测，急需建立材料内部孔隙结构破坏模型，建立基于复杂环境下原位同步辐射三维成像力学加载系统，并开展基于高能X射线三维成像图像大数据重构的孔隙结构演化规律的材料性能研究。微型的原位单调压缩材料试验机与先进X射线成像相结合使得科学家能够深入到材料内部，高精度、高亮度、高准直、高效率、非破坏性和原位实时地探测到材料在单调压缩载荷下损伤和断裂过程及其内部力学性能；同时本专利技术能够在外接渗流装置的条件下，探索材料在压缩载荷下内部孔隙结构的液体渗透性能及其结构的破坏过程，这对于材料的工程应用与力学性能评价具有无可替代的科学意义。目前市场上及其他专利中所述试验机结构都无法配合高能X射线进行精确的单调加载试验。其一，标准单调加载试验机的尺寸及质量都超过了同步辐射光源设备的承载范围，无法实现单调加载试验的原位观测；其二，目前基于先进光源的原位试验机无法通过数据采集与控制单元实现单调加载试验的闭环控制；其三，目前基于先进光源的原位试验机仅能够进行单调拉伸试验，不具有单调压缩性能；其四，目前基于先进光源的原位试验机无法准确测量单调加载试验过程中试样的位移；其五，目前基于先进光源的原位试验机单调载荷较小，无法实现较高载荷下的单调加载试验；其六，目前基于先进光源的原位试验机无法在进行单调加载试验的过程中同步进行材料的液体渗透试验。技术实现思路考虑到以上的问题，本专利技术提供了一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机及试验方法。本专利技术的一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机结构为：XY微位移平台上通过螺栓固定设置样品旋转平台，样品旋转平台上通过螺栓固定设置试验机底板，试验机底板上通过螺栓固定设置伺服电机、丝杆升降平台和蜗轮蜗杆减速器；丝杆升降平台顶部通过螺栓固定试验机支撑，试验机支撑上设置围罩下支撑和围罩上支撑；围罩下端通过围罩下卡块安装在围罩下支撑上，同时围罩上端通过围罩上卡块安装在围罩上支撑上。试验机支撑上设置激光位移传感器，激光位移传感器的长端插入围罩下支撑预留的空腔内。伺服电机通过法兰盘固定连接蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器穿过丝杆升降机外壳连接蜗杆，蜗杆与涡轮相配合，涡轮轴连丝杆，丝杆顶部设置微型动态载荷传感器，微型动态载荷传感器底部设置连接块。蜗杆两端分别设置蜗杆密封圈和蜗杆止推轴承，涡轮两端分别设置涡轮密封圈和涡轮止推轴承。围罩上支撑顶部设置夹具固定座，夹具固定座和连接块之间安装压缩夹具组件(或拉伸夹具组件)。围罩两侧对应的安装光源X射线发射器和光源X射线接受器。其中，压缩夹具组件为：压缩下夹具固定在连接块上，压缩下夹具顶部有放置压缩试样的凹槽，与压缩下夹具相对应的压缩上夹具的上端通过围罩上支撑中间预留的孔穿出，压缩上夹具的穿出部分与上夹具固定a螺纹配合，上夹具固定a通过上夹具固定b固定在夹具固定座上。其中，拉伸夹具组件为：拉伸下夹具a固定在连接块上，拉伸下夹具b和拉伸下夹具a螺纹配合，将拉伸试样下端固定在拉伸下夹具b和拉伸下夹具a之间；拉伸上夹具a和拉伸上夹具b通过螺纹配合将拉伸试样上端固定；拉伸上夹具b的上端通过围罩上支撑中间预留的孔穿出，拉伸上夹具b的穿出部分与上夹具固定a螺纹配合，上夹具固定a通过上夹具固定b固定在夹具固定座上。进一步的，围罩的材料为亚克力、石英或碳纤维。进一步的，激光位移传感器和微型动态载荷传感器通过数据线连接计算机，计算机控制伺服电机动作，形成载荷-位移闭环电控系统。进一步的，样品旋转平台可旋转0～180°。进一步的，伺服电机施加至试样上的单调载荷范围为-5kN～5kN。本专利技术的一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验方法，步骤为：A1、搭建上述的原位成像的电控单调加载试验机，选择压缩夹具组件；搭建完毕之后，使用激光定位系统，根据光源X射线位置调整XY微位移平台，使得压缩试样所需成像的位置位于X射线照射范围之内。A2、通过计算机控制伺服电机转动，通过蜗轮蜗杆减速器减缓转速并将转动传递至丝杆升降平台的输入轴，通过丝杆升降平台中的涡轮和蜗杆再次减缓转速，将伺服电机的旋转运动转换为丝杆的上下运动，丝杆带动连接块产生上下位移。A3、微型动态传感器实时测量压缩试样所受载荷并将载荷数据传输至计算机；连接块内设有空腔，压缩下夹具内钻有穿透孔，使用激光位移传感器实时测量压缩试样的位移数据并将位移数据传输至计算机；计算机通过软件处理后实时获取压缩试样的应力应变曲线，当试样应力或应变达到试验要求后，计算机将控制伺服电机进行下一步动作，以实现试验机的闭环控制；当压缩试样应力或应变达到试验某一阶段的停止要求后，停止试验机的加载。A4、通过两条塑料水管连接压缩试样的上下端的两个小孔与外带的液压泵，将液体注入压缩试样内部，并且保持液压不变，形成液压泵-塑料水管-压缩试样-塑料水管-液压泵的液体循环。A5、完成试验准备后，启动光源X射线发射器，控制样品旋转平台旋转，并带动试验机主体及主体内的压缩试样进行180度旋转；同时，光源的高能X射线穿过围罩，再穿透180度旋转的压缩试样后由光源X射线探测器接收，完成对压缩试样及其内部液体渗透情况的180度成像；成像结束本文档来自技高网...

【技术保护点】 1.一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机，其特征在于，XY微位移平台(1)上通过螺栓固定设置样品旋转平台(2)，样品旋转平台(2)上通过螺栓固定设置试验机底板(3)，试验机底板(3)上通过螺栓固定设置伺服电机(4)、丝杆升降平台(5)和蜗轮蜗杆减速器(13)；/n所述丝杆升降平台(5)顶部通过螺栓固定试验机支撑(6)，试验机支撑(6)上设置围罩下支撑(8)和围罩上支撑(10)；围罩(26)下端通过围罩下卡块(25)安装在围罩下支撑(8)上，同时围罩(26)上端通过围罩上卡块(33)安装在围罩上支撑(10)上；/n所述试验机支撑(6)上设置激光位移传感器(7)，激光位移传感器(7)的长端插入围罩下支撑(8)预留的空腔内；/n所述伺服电机(4)通过法兰盘(12)固定连接蜗轮蜗杆减速器(13)，蜗轮蜗杆减速器(13)穿过丝杆升降机外壳(15)连接蜗杆(22)，蜗杆(22)与涡轮(17)相配合，涡轮(17)轴连丝杆(19)，丝杆(19)顶部设置微型动态载荷传感器(20)，微型动态载荷传感器(20)底部设置连接块(27)；/n所述蜗杆(22)两端分别设置蜗杆密封圈(21)和蜗杆止推轴承(23)，涡轮(17)两端分别设置涡轮密封圈(16)和涡轮止推轴承(18)；/n所述围罩上支撑(10)顶部设置夹具固定座(11)，夹具固定座(11)和连接块(27)之间安装压缩夹具组件；/n所述围罩(26)两侧对应的安装光源X射线发射器(34)和光源X射线接受器(36)。/n...

【技术特征摘要】 1.一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机，其特征在于，XY微位移平台(1)上通过螺栓固定设置样品旋转平台(2)，样品旋转平台(2)上通过螺栓固定设置试验机底板(3)，试验机底板(3)上通过螺栓固定设置伺服电机(4)、丝杆升降平台(5)和蜗轮蜗杆减速器(13)；所述丝杆升降平台(5)顶部通过螺栓固定试验机支撑(6)，试验机支撑(6)上设置围罩下支撑(8)和围罩上支撑(10)；围罩(26)下端通过围罩下卡块(25)安装在围罩下支撑(8)上，同时围罩(26)上端通过围罩上卡块(33)安装在围罩上支撑(10)上；所述试验机支撑(6)上设置激光位移传感器(7)，激光位移传感器(7)的长端插入围罩下支撑(8)预留的空腔内；所述伺服电机(4)通过法兰盘(12)固定连接蜗轮蜗杆减速器(13)，蜗轮蜗杆减速器(13)穿过丝杆升降机外壳(15)连接蜗杆(22)，蜗杆(22)与涡轮(17)相配合，涡轮(17)轴连丝杆(19)，丝杆(19)顶部设置微型动态载荷传感器(20)，微型动态载荷传感器(20)底部设置连接块(27)；所述蜗杆(22)两端分别设置蜗杆密封圈(21)和蜗杆止推轴承(23)，涡轮(17)两端分别设置涡轮密封圈(16)和涡轮止推轴承(18)；所述围罩上支撑(10)顶部设置夹具固定座(11)，夹具固定座(11)和连接块(27)之间安装压缩夹具组件；所述围罩(26)两侧对应的安装光源X射线发射器(34)和光源X射线接受器(36)。

2.根据权利要求1所述的一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机，其特征在于，所述压缩夹具组件为：压缩下夹具(37)固定在连接块(27)上，压缩下夹具(37)顶部有放置压缩试样(38)的凹槽，与压缩下夹具(37)相对应的压缩上夹具(39)的上端通过围罩上支撑(10)中间预留的孔穿出，压缩上夹具(39)的穿出部分与上夹具固定a(31)螺纹配合，上夹具固定a(31)通过上夹具固定b(32)固定在夹具固定座(11)上。

3.根据权利要求1所述的一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机，其特征在于，所述围罩(26)的材料为亚克力、石英或碳纤维。

4.根据权利要求1所述的一种用高能X射线进行原位成像的电控压缩试验机，其特征在于，所述激光位移传感器(7)和微型动态载荷传感器(20)通过数据线连接计算机，计算机...

【专利技术属性】 技术研发人员：吴圣川，谢成，吴正凯，胡雅楠，康国政，张海鸥，王桂兰，赵晋津，张博，李玮洁，葛敬冉，杨绍普，梁军，黄海明， 申请(专利权)人：西南交通大学，华中科技大学，石家庄铁道大学，北京交通大学，北京理工大学， 类型：发明 国别省市：四川;51