一种动态扫描加载装置及实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种动态扫描加载装置及实现方法，能够按阶段进行试件加载工作，并且根据不同阶段特性将各阶段分别化为若干量级，从而实现分级加载，且在整个加载过程中装置每加载完一个量级后，加载系统将自动暂停继续加压并在保持该荷载不变的情况下，启动旋转系统，使得试块开始在加压的状态下旋转，同时启动控制系统连接的CT扫描仪，对该旋转状态下的试件进行360度全方位扫描，依次递进加载量级直至试件完全损坏。因此，该发明专利技术能够通过较为简单的装置和操作技术下实现混凝土内部损伤情况的360度扫描重构，进而构建试件的动态三维损伤模型。伤模型。伤模型。

【技术实现步骤摘要】
一种动态扫描加载装置及实现方法


[0001]本专利技术属于试验加载
，特别是一种动态扫描加载装置及实现方法。

技术介绍

[0002]自20世纪80年代以来,CT技术被用来研究岩、石、土、混凝土等材料的内部细观、微观结构及微孔洞与微裂纹的开展等。近年来,基于混凝土CT切片扫描并利用图像重构技术获得真实的混凝土三维构型，继而生成三维有限元模型，再采用细观数值模拟的思路研究混凝土的力学行为成为混凝土力学特性研究的一种新途径。
[0003]现有的CT设备的扫描方式一般为定向扫描和环向扫描，由于试验试件所用加载仪器尺度较大，碍于现有的CT设备的扫描方式固化，扫描装置不能够在试验进行过程中对试样的各个角度变形状态等进行实时360度扫描，即无法对加载试件进行全方位的图像信息捕捉，从而导致混凝土等材料的非线性力学行为的刻画效果及各个加载阶段下的实际破坏形态的描述不够精确。因此采用现有的加载方式结合目前的CT扫描方式，在加载过程中对材料进行扫描，会对其内部形态与结构动态变化的真实情况获取产生很大影响。然而真实的各个加载阶段的混凝土三维构型，对于揭示混凝土材料细观破裂过程、分析其加载行为和进一步评估混凝土的性能来说至关重要。为了更好地获取加载过程中的混凝土三维构型，CT扫描加载装置仍有待改进。
[0004]鉴于当前工业CT扫描方式一种为CT机固定不动，定向发射X射线扫描试件，但常用的试验加载压力机也是固定设备，且加载过程中试件不能进行旋转，这就造成整个加载过程中的试件始终是一个面或一个角度面向CT设备，导致无法实现对试件进行的全角度精确化扫描；而另一种为楼门架式的CT扫描设备，同样由于试件加载机器的存在，在加载过程中无法使用该类CT进行扫描，从而无法构建真实的动态三维损伤模型。
[0005]此外，当前行业内尚没有能够与CT仪器联动的试验加载机器，试验加载过程需要靠人为判断是否达到某个加载阶段，然后手动启动CT才能对该状态下的试块进行单方向扫描。
[0006]因此，现需要一种动态扫描加载装置及实现方法，能够在固定CT机位扫描角度的情况下，按照划分的量级进行加载工作，并且当试件加载到某一量级后并保持该加载荷载不变的同时，将试件以一定的旋转速度进行360度旋转，进而构建试件的动态三维损伤模型。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种动态扫描加载装置及实现方法，该动态扫描加载装置及实现方法能够按阶段进行试件加载工作，并且根据不同阶段特性将各阶段分别化为若干量级，从而实现分级加载，且在整个加载过程中装置每加载完一个量级后，加载系统将自动暂停继续加压并在保持该荷载不变的情况下，启动旋转系统，使得试块开始在加压的状态下旋转，同时启动控制系统连接的CT扫描仪，对该
旋转状态下的试件进行360度全方位扫描，依次递进加载量级直至试件完全损坏。因此，该专利技术能够通过较为简单的装置和操作技术下实现混凝土内部损伤情况的360度扫描重构，进而构建试件的动态三维损伤模型。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种动态扫描加载实现方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1、确定极限荷载：根据混凝土试件材料的抗压强度等级预估混凝土试件的极限荷载f
p
。
[0011]步骤2、加载模式划分，加载模式包括按力加载模式和按位移加载模式；根据步骤1确定的极限荷载f
p
，进行加载模式的划分；设混凝土试件所承受的加载力为F，则具体划分方式为：
[0012]A、当0≤F≤80％f
p
时，采用按力加载模式，且荷载增加速率范围为f1～f2；其中，f1＜f2，f1为荷载增加速率的下限，f2为荷载增加速率的上限；f1和f2均根据混凝土试件材料的抗压强度等级进行确定。
[0013]B、当F＞80％f
p
时，采用按位移加载模式，且位移增加速率范围为s1～s2；其中，s1＜s2，s1为位移增加速率的下限，s2为位移增加速率的上限；s1和s2均根据混凝土试件材料的抗压强度等级进行确定。
[0014]步骤3、试件装夹：将混凝土试件竖直安装在动态扫描加载装置中的上压板和下压板之间，且混凝土试件能随上压板和下压板同步旋转。
[0015]步骤4、按力加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构按照设定的荷载增加速率向混凝土试件施加力荷载，直至混凝土试件所承受的加载力F达到80％f
p
；在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F，当F达到设定CT扫描点时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像。
[0016]步骤5、按位移加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构按照设定的位移增加速率向混凝土试件施加力荷载，直至混凝土试件破坏；在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F，当F达到设定CT扫描点时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像。
[0017]步骤6、按时间顺序，观察并分析混凝土试件断面扫描图像，从而获得混凝土试件随时间的破坏变化规律。
[0018]步骤4中具体加载方式为:
[0019]步骤4
‑
1、设置CT扫描频次：在0～80％f
p
之间按照10％f
p
的频次，进行一次CT扫描。
[0020]步骤4
‑
2、一次加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构通过上压板以荷载增加速率上限f2向混凝土试件施加力荷载。
[0021]步骤4
‑
3、一次加载力检测：在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F。
[0022]步骤4
‑
4、一次CT扫描：当F＝10％f
p
、20％f
p
、30％f
p
、40％f
p
和50％f
p
时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像。
[0023]步骤4
‑
5、二次加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构通过上压板以荷载增加速率下限f1向混凝土试件施加力荷载。
[0024]步骤4
‑
6、二次加载力检测：在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F。
[0025]步骤4
‑
7、二次CT扫描：当F＝60％f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态扫描加载实现方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、确定极限荷载：根据混凝土试件材料的抗压强度等级预估混凝土试件的极限荷载f
p
；步骤2、加载模式划分，加载模式包括按力加载模式和按位移加载模式；根据步骤1确定的极限荷载f
p
，进行加载模式的划分；设混凝土试件所承受的加载力为F，则具体划分方式为：A、当0≤F≤80％f
p
时，采用按力加载模式，且荷载增加速率范围为f1～f2；其中，f1＜f2，f1为荷载增加速率的下限，f2为荷载增加速率的上限；f1和f2均根据混凝土试件材料的抗压强度等级进行确定；B、当F＞80％f
p
时，采用按位移加载模式，且位移增加速率范围为s1～s2；其中，s1＜s2，s1为位移增加速率的下限，s2为位移增加速率的上限；s1和s2均根据混凝土试件材料的抗压强度等级进行确定；步骤3、试件装夹：将混凝土试件竖直安装在动态扫描加载装置中的上压板和下压板之间，且混凝土试件能随上压板和下压板同步旋转；步骤4、按力加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构按照设定的荷载增加速率向混凝土试件施加力荷载，直至混凝土试件所承受的加载力F达到80％f
p
；在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F，当F达到设定CT扫描点时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像；步骤5、按位移加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构按照设定的位移增加速率向混凝土试件施加力荷载，直至混凝土试件破坏；在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F，当F达到设定CT扫描点时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像；步骤6、按时间顺序，观察并分析混凝土试件断面扫描图像，从而获得混凝土试件随时间的破坏变化规律。2.根据权利要求1所述的动态扫描加载实现方法，其特征在于：步骤4中具体加载方式为:步骤4
‑
1、设置CT扫描频次：在0～80％f
p
之间按照10％f
p
的频次，进行一次CT扫描；步骤4
‑
2、一次加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构通过上压板以荷载增加速率上限f2向混凝土试件施加力荷载；步骤4
‑
3、一次加载力检测：在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F；步骤4
‑
4、一次CT扫描：当F＝10％f
p
、20％f
p
、30％f
p
、40％f
p
和50％f
p
时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像；步骤4
‑
5、二次加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构通过上压板以荷载增加速率下限f1向混凝土试件施加力荷载；步骤4
‑
6、二次加载力检测：在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F；
步骤4
‑
7、二次CT扫描：当F＝60％f
p
、70％f
p
和80％f
p
时，轴向加载机构均暂停轴向加载，动态扫描加载装置中的旋转机构，带动混凝土试件进行360
°
旋转，CT扫描设备对混凝土试件的各个高度断面均进行CT扫描，并获得混凝土试件断面扫描图像。3.根据权利要求1所述的动态扫描加载实现方法，其特征在于：步骤5中具体加载方式为:步骤5
‑
1、设置CT扫描频次：在80％～100％f
p
之间按照2％f
p
的频次，进行一次CT扫描；步骤5
‑
2、一次加载：动态扫描加载装置中的轴向加载机构通过上压板以位移增加速率上限s2向混凝土试件施加力载荷；步骤5
‑
3、一次加载力检测：在加载过程中，压力传感器实时检测混凝土试件所承受的加载力F；步骤5
‑
4、一次CT扫描：当F＝82％f
p

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚栋，张锦华，王孟进，陈力，范俊余，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：