[发明专利]工业CT扫描机同步加载试验装置及工业CT扫描机

说明书

技术领域

本发明主要用于实现工业CT扫描机的配套加载，特别设计用于研究土木工程材料的损伤和破坏机理，实现材料在加载损伤过程中，实时采集CT断层图像的目的，属于土木工程材料试验设备领域。

背景技术

近年来，利用工业CT扫描机无损的采集和分析材料的内部细观组成结构及损伤机理逐渐成为土木工程材料研究的重要技术手段之一。其基本原理是通过工业CT机发射射线穿透被测物体，通过射线能量的衰减规律，重构计算形成图像进行组成结构的分析。但由于工业CT扫描机本身不具备同步加载条件，研究中往往仅能采用力学加载与CT扫描分离的方式，先进行加载，之后将存在了损伤的试件移至工业CT扫描机的承重转台上进行扫描，这种方式对于具有粘弹性或准脆性材料往往存在荷载卸除后，裂缝闭合、损伤恢复等问题，CT图像表达的损伤无法全面、完整的反映材料损伤过程，影响损伤机理分析的准确性，因此一直是该技术应用的瓶颈之一。

实现工业CT扫描机的同步加载存在以下技术难题：(1)工业CT扫描机一般采用将试件放置在承重转台上旋转完成扫描的方式，承重转台由于承重能力有限，本身变形精度要求高，一般设计仅可承载试件重量，无法提供加载所需的反力，因此，如果开发CT扫描机同步加载装置必须采用自反力设计，同时自反力仓应尽可能少对X射线的能量吸收，以免影响X射线对材料本身的穿透效率。(2)试件需要持续旋转360度完成扫描，因此，要求加载装置可与CT机承重转台同步旋转；(3)加载装置必须体积小、振动小、无油渍污染等问题；(4)需要考虑工业CT扫描机工作期间的射线防护问题，射线出射期间荷载应持续恒定，不需人工干预。

目前，尚没有专门针对工业CT扫描机开发的同步加载装置，曾有研究机构开发了配合医用CT扫描机的加载设备，但一方面，由于医用CT扫描机的射线功率偏低(适用于人体扫描，强度低于40kv)无法对密度较大的工程类材料试件进行扫描，射线穿透能力有限，仅能满足小于5cm直径试件的扫描与探伤，无法满足常规工程类材料的探测要求，而工业CT扫描机超过200kv的射线强度，可以满足直径10cm以上的土木工程类材料的扫描与探伤要求。另一方面，医用CT扫描机所获取的图像是基于人体特征进行的重构，其图像的阈值分割、模式识别对于土木类材料适用性差，且程序难以进行二次开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在工业CT扫描机内提供自反力加载的试验装置，该试验装置与一般工业CT扫描机配套使用，可以同步完成材料的加载与损伤过程图像扫描。

同时本发明提供包括该试验装置的工业CT扫描机。

工业CT扫描机同步加载试验装置，其特征在于：该试验装置包括单作用旋转加载油缸、可透视碳纤维反力架、微扭矩旋转机构、油压加载系统和压力显示系统；

所述单作用旋转加载油缸包括回转接油口、油缸体、位于油缸体内的反力弹簧和油缸活塞，所述回转接油口套接于油缸活塞上部，采用可回转式结构，回转接油口的外部与油源相连，内部通入油缸体内，所述回转接油口与油缸活塞能相对旋转，所述油缸活塞上部且位于油缸体上部与回转接油口之间有一压紧螺母，所述油缸体通过压紧螺母固定于油缸连接筒内，油缸体底部固定有球形压头，油缸通过球形压头对试件垂直加压；

所述可透视碳纤维反力架包括上连接框和下连接板，以及碳纤维支撑，所述上连接框与油缸连接筒底部采用螺栓连接，下连接板通过底板连接法兰的插销与CT机承重转台连接；所述油缸活塞顶部固定于微扭矩旋转机构内。

所述微扭矩旋转机构包括连接芯轴、旋转轴承组、轴承座套、连接法兰。所述轴承座套和连接法兰通过螺栓固定成封闭结构，轴承座套中间有一固定的连接芯轴，轴承座套与连接芯轴之间有旋转轴承组，所述旋转机构能以连接芯轴为中心转动；油缸活塞顶部插入连接法兰中，通过油缸活塞顶部的油缸连接螺母与连接法兰固定。

所述微扭矩旋转机构上方有一连接固定架，所述连接芯轴固定于连接固定架上，所述连接固定架能悬挂于CT试验设备上方的铝型材横梁上。

所述试验试件上、下两端有尼龙垫块。

所述上连接框、下连接板均为方形，在方形的四个角上有螺栓孔，所述可透视碳纤维反力架上方通过螺栓与油缸连接筒固定，下方与CT机承重转台靠插销相接，所述试验试件位于上连接框与下连接板之间。