原位力加载实验仪器制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
原位力加载实验仪器
本专利技术涉及力学实验
，更具体地说，涉及一种原位力加载实验仪器。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术提供如下技术方案：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，和架装于所述上部旋转台的下方，对所述实验试件进行位置调整的上部正交位移台。优选地，在上述原位力加载实验仪器中，所述下定位旋转系统包括架装于所述夹具对准系统的上方，对所述实验试件进行旋转调节的下部旋转台，和架装于所述下部旋转台的上方，对所述实验试件进行位置调整的下部正交位移台。优选地，在上述原位力加载实验仪器中，所述夹具对准系统内设置有对所述定位旋转系统的位置进行调整的第一正交位移台，以及对所述定位旋转系统的倾斜角度进行调整的第一正交倾斜台。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还包括对所述上定位旋转系统和所述下定位旋转系统调节试件位置的正交位移台与信息数据采集过程中负责试件旋转的旋转台进行同步控制的同步装置。优选地，在上述原位力加载实验仪器中，所述力加载驱动装置上设置有对其加载力进行监测的力传感器，和对试件形变进行监测的位移传感器。优选地，在上述原位力加载实验仪器中，所述转轴定位系统包括上下布置，对所述支撑框架进行竖直度调整的转轴定位倾斜台，对所述支撑框架的位置进行调整的转轴定位位移台，对所述支撑框架的高度进行调整的转轴定位升降台。优选地，在上述原位力加载实验仪器中，还包括与所述支撑框架的位置配合，产生X射线的同步辐射光源或X射线机，以及接收所述X射线的X-ray探测器，对接收的所述X射线进行图像反演重建和处理系统。本专利技术提供的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，架撑微试件加载系统的支撑框架；支撑框架的底部设置有对其进行支撑和对试件旋转轴的竖直度与位置进行调整的转轴定位系统。在力加载实验前，调整旋转轴竖直且位置位于视场中心，通过试件定位旋转系统将试件位置调整与旋转轴重合，力加载系统对试件装夹和力学加载，在力加载实验试件的形态发生变化时，由试件定位旋转系统旋转试件，同步辐射光源或X射线源产生X光穿过试件被X_ray探测器接收，进行信息数据采集。通过设置独立的微试件加载系统和转轴定位系统，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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的原位力加载实验仪器的系统示意图；图2为本专利技术提供的原位力加载实验仪器的结构示意图；图3为图2中定位旋转系统的结构示意图；图4为图3中夹具对准系统的结构示意图；图5为图2中转轴定位系统的结构示意图；图6为同步控制定位旋转系统的同步系统的结构示意图；图7为图2中支撑框架的结构示意图。具体实施方式本专利技术公开了一种原位力加载实验仪器，提高了原位加载实验的精度并且实现了CT实验信息数据无遮挡采集。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-图7所示，图1为本专利技术提供的原位力加载实验仪器的系统示意图；图2为本专利技术提供的原位力加载实验仪器的结构示意图；图3为图1中定位旋转系统的结构示意图；图4为图1中夹具对准系统的结构示意图；图5为图1中转轴定位系统的结构示意图；图6为同步控制定位旋转系统的同步装置的结构示意图；图7为图2中支撑框架的结构示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位力加载实验仪器，其特征在于，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；/n所述支撑框架的底部设置有对其进行支撑和对CT实验旋转轴的竖直度与位置调整的转轴定位系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种原位力加载实验仪器，其特征在于，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CT实验旋转轴的竖直度与位置调整的转轴定位系统。


2.根据权利要求1所述的原位力加载实验仪器，其特征在于，所述微试件加载系统包括装夹所述实验试件并对其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，和对实验进行力学加载的力加载系统。


3.根据权利要求2所述的原位力加载实验仪器，其特征在于，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调整和旋转的下定位旋转系统。


4.根据权利要求3所述的原位力加载实验仪器，其特征在于，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的上部旋转台，
和架装于所述上部旋转台的下方，对所述实验试件进行位置调整的上部正交位移台。


5.根据权利要求3所述的原位力加载实验仪器，其特征在于，所述下定位旋转系统包括架装于所述夹具对准系统的上方，对所述实验试件进行旋转的下部旋转台，
和架装于所述下部旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：许峰，许磊，肖宇，胡小方，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34