[发明专利]一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备

说明书

适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，包括拉力平台、拉压转换机构、压力平台、万向头、钢杆、试件、约束平台、压力和位移传感器以及计算机控制系统。试件能被加持在约束平台和压力平台之间；平行加压的实现由万向头保证；压力平台和约束平台通过钢杆连接成反力架，形成自平衡系统；拉力平台和压力平台通过拉压转换机构连接，实现了将拉力荷载转化为压力荷载；拉力平台外接液压拉伸器进行动力荷载的施加；荷载和位移传感器、计算机控制系统能够保证试验的加载方式和加载速率，同时记录实验数据。本发明体积小、便于移动，能够置于医用X射线CT机的探测范围内，可实现测量与加载同步，有效解决了劈拉试验过程中同步记录裂纹开裂进程的难题。

技术领域

本发明涉及土木工程材料中脆性材料的劈裂拉伸性能测试领域，特别是一种适用于医用X射线CT扫描仪的动力劈拉加载试验设备。

背景技术

脆性材料在受拉产生不稳定发展的裂缝之后，往往会产生脆性断裂破坏的现象。这种破坏会导致建筑物迅速倒塌，造成巨大的经济损失，威胁公众生命安全，给人们的心理也造成了不可避免的影响。这就要求材料除基本力学参数达标之外，还要有足够的抗拉伸性能和韧性性能。劈拉加载试验设备则可满足材料此类韧性性能的测试。

然而，学者们在进行劈拉试验的研究时发现，由于材料的非均质性和各向异性，试件在受力过程中裂纹的萌生位置、扩展路径和最终的断裂特性影响着它的韧性性能，因此对裂纹演化进程的研究及其必要。有些学者采用高速摄像机、应变计和数字图像相关法等方法进行裂纹演化进程的研究，但此类方法仅能捕捉到试件表面裂纹的发展，但是不能够同步获得试件破坏进程中的三维裂纹扩展图像。

另外，CT技术是基于X射线强有力穿透力的特点，通过放射源和探测器进行全方位的断面扫描，并根据扫描对象各个断面的结构特征，通过电脑软件进行三维的数字图像重建，从而精确研究对象各个细部的一种手段。X射线CT技术为研究材料脆断过程中内部裂纹的走向提供了可能。

由于劈裂拉伸试验的加载设备与医用X射线CT扫描仪器的局限性，现阶段在劈拉试验加载设备上引入CT扫描仪器是无法实现的。为此，申请人发明了一种可置于医用CT扫描仪内进行试验研究的动力劈拉加载实验设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备。该设备体积小、携带方便，能置于CT扫描仪内，使用过程中可通过CT扫描技术同步获取到试件内部三维的裂纹扩展图像。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于CT扫描的动力劈拉加载试验设备，其特征在于，所述设备包括拉力平台1、拉压转换机构2、钢杆3、压力平台4、万向头5、试件6、约束平台7、荷载和位移传感器8、计算机控制系统9；所述拉力平台1外接液压拉伸仪、荷载和位移传感器8以及计算机控制系统9构成了设备的荷载施加控制系统；拉力平台1与压力平台4通过拉压转换机构2连接，所述拉压转换机构2通过自身的变形将拉力平台1的荷载传到压力平台4中，即将外部拉力荷载转换为压力荷载；拉压转换机构2一端铰接于拉力平台1，另两端分别铰接于约束平台7端部和压力平台4端部，压力平台4和约束平台7通过钢杆3连接，万向头5一端铰接于压力平台4端部，一端与试件6接触，试件6放置于约束平台7和万向头5之间。

优选的，压力平台4和约束平台7的最大距离应小于钢杆3长度，拉力平台1与压力平台4的加载方向垂直；钢杆3固定于约束平台7并保持与约束平台面垂直；钢杆3与压力平台4可沿钢杆3方向无摩擦移动，钢杆3、压力平台4和约束平台7形成自平衡系统；优选的，万向头5与钢杆3接触，两者可沿钢杆3方向无摩擦移动；万向头5可确保施加于试件6的压力垂直于该接触面，试件6加载方向与钢杆3长度方向一致，并应置于约束平台7中点，试件6侧边不与设备接触。

优选的，该劈拉加载试验设备材料选用高强度、低X射线吸收系数材料，如铝合金材料。