[发明专利]原位力加载实验仪器

说明书

本发明提供了一种原位力加载实验仪器，通过微试件加载系统对实验试件进行装夹和力学加载，由支撑框架架撑，试件在力学加载实验前，通过转轴定位系统调整旋转轴竖直和旋转轴位置位于视场中心，通过试件定位旋转系统调整试件位于视场中心，在力学加载实验过程中通过试件定位旋转系统对试件进行旋转。通过设置独立的微试件加载系统和转轴定位系统，将试件定位旋转系统置于支撑框架内部，实验试件加载旋转独立于支撑结构，实现实验试件的信息数据采集过程无遮挡。

技术领域

本发明涉及力学实验技术领域，更具体地说，涉及一种原位力加载实验仪器。

背景技术

纳观尺度内部三维原位力学实验，是理解材料失效破坏机制、优化材料性能、预防材料破坏的关键。原位，是实时在线，是指所做的实验与测量对象在原本的测试环境下，动态观察实验过程。

对于材料的内部结构，可通过纳米分辨率原位断层成像(CT)观测技术观测，然而现有技术中并没有成熟的实验仪器和方法，因此迫切需要发展一种能在材料加载过程中进行原位纳米分辨率原位CT观测的实验技术和仪器。然而在纳米CT实验中需要7～8个自由度复杂轴系的精密定位和联动，力加载系统的引入将造成部分角度投影信息的丢失或轴系联动的破坏，至今仍未能实现材料加载过程的纳米分辨率原位CT实验观测(目前国际上美国阿贡实验室、英国钻石光源，瑞士光源等先进光源，也仅能实现最高0.65微米分辨率的加载过程原位CT检测)。

原位纳米分辨率原位CT观测的技术难度在于，首先，纳米分辨率的CT实验需要一系列复杂轴系的纳米级精密联动，包括试件中心的定位、转轴位置的定位、转轴倾角的调整、试件的旋转。在纳米CT实验中，试件的旋转运动误差需要小于30纳米，而对于转轴倾角的调整，需要通过其中6个自由度的轴系联动，使得转轴与竖直方向夹角弧度小于0.0025。超高精度的多自由度复杂轴系导致了纳米分辨率CT极大的实验难度。

进一步，在CT多自由度复杂运动的基础上引入加载系统，将导致部分角度投影信息的丢失或轴系联动的破坏。目前现有的技术方案一般采用将加载系统简单堆叠于复杂轴系上方，这将导致加载系统对X射线的遮挡，造成部分角度投影信息的丢失。而若将复杂轴系引入加载系统内部，则各个运动轴还需进行同步的加载运动，加载过程本身的拉、压、扭等运动对复杂轴系联动的破坏，导致这一思路是无法实现的。加载系统与多自由度复杂轴系之间的矛盾，使得CT原位加载实验的分辨率难以突破到纳米尺度。

综上，实现纳米分辨率CT原位加载实验的核心技术难点在于，力加载与多自由度复杂轴系的耦合，即在超高精度力学加载的基础上，满足纳米分辨率多自由度复杂运动的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种原位力加载实验仪器，以提高原位加载实验的调节精度并且实现了CT实验信息数据无遮挡采集。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种原位力加载实验仪器，包括对实验试件进行装夹和力加载的微试件加载系统，架撑所述微试件加载系统的支撑框架；

所述支撑框架的底部设置有对其进行支撑和对所述实验试件旋转轴的竖直度与位置调整的转轴定位系统。

优选地，在上述原位力加载实验仪器中，所述微试件加载系统包括对所述实验试件进行定位与旋转的定位旋转系统，对所述定位旋转系统的位置进行对准的夹具对准系统，和对所述试样试件进行装夹和力学加载的力加载系统；

所述定位旋转系统包括设置于所述支撑框架的顶部，对所述实验试件的位置进行调整和旋转的上定位旋转系统，

和固装于所述夹具对准系统上方，对所述实验试件的位置进行调整和旋转的下定位旋转系统。

优选地，在上述原位力加载实验仪器中，所述上定位旋转系统包括架装于所述支撑框架的顶部，对所述实验试件进行旋转调节的上部旋转台，