基于同步輻射X射線三維成像的原位疲勞試驗(yàn)機(jī)開發(fā)及應(yīng)用.pdf

1、材料疲勞一直是影響工程結(jié)構(gòu)服役安全的重要課題，然而傳統(tǒng)的基于表面測量或者基于破壞性斷口進(jìn)行材料及部件損傷機(jī)制研究的手段存在著難以同步觀測內(nèi)部疲勞損傷形成、累積和破壞的根本性不足，而且研究樣本量少、成本較高，屬于典型的破壞性試驗(yàn)。高能同步輻射光源是目前唯一可穿透大塊材料進(jìn)行疲勞損傷演變可視化研究的大科學(xué)裝置。本文旨在開發(fā)一種基于同步輻射X射線三維成像的原位觀測拉伸和疲勞試驗(yàn)機(jī)，并對研制中的一些關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了探討。這種試驗(yàn)機(jī)的主要優(yōu)勢是

2、在少輻射劑量下深入樣品內(nèi)部實(shí)時(shí)獲取疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的全過程，對于構(gòu)建和完善材料及部件的疲勞壽命評估模型具有至關(guān)重要的作用。
　　本文圍繞試驗(yàn)機(jī)從以下幾個(gè)方面展開:整機(jī)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)、信號處理系統(tǒng)以及調(diào)試和試驗(yàn)應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用凸輪連桿周期運(yùn)動方式，通過伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，夾持機(jī)構(gòu)采用螺釘緊固方式，保證夾持的可靠性;強(qiáng)度校核方面，對作動機(jī)構(gòu)整體及各個(gè)部件進(jìn)行有限元靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和振動模態(tài)分析，對問題結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)改進(jìn);信號

3、放大方面，運(yùn)用多級放大器對原始信號進(jìn)行放大處理;消除干擾方面，選用低噪聲的放大器同時(shí)，加裝模擬及數(shù)字濾波，并改善電源質(zhì)量，進(jìn)行EMI腔體設(shè)計(jì)，將信號干擾降到最低;同時(shí)數(shù)字信號部分加裝數(shù)據(jù)采集ADC，功能上實(shí)現(xiàn)了輸出模擬及數(shù)字兩路信號;試驗(yàn)應(yīng)用方面，依托大型光源科學(xué)裝置平臺，對7020鋁合金和多孔纖維不銹鋼分別進(jìn)行原位疲勞及拉伸試驗(yàn)，獲取了初步試驗(yàn)結(jié)果。
　　為了表征基于SR-μCT的原位疲勞試驗(yàn)結(jié)果和建立一種試驗(yàn)-理論評估關(guān)系，本