所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件包括伺服電機(jī)11、編碼器12、減速機(jī)13。所述傳動(dòng)齒輪組件包括主動(dòng)齒輪21、從動(dòng)齒輪22。所述滾珠絲杠組件包括固定螺母31、螺旋絲杠32。所述高精度測(cè)量組件包括圓環(huán)狀的力學(xué)傳感器41、非接觸式位移傳感器42。所述夾具組件包括夾具、夾具支撐桿52、樣品包殼53，其中夾具包括移動(dòng)端夾具511、固定端夾具512。所述固定機(jī)架基座組件包括基座61、左側(cè)支撐板62、右側(cè)支撐板63。
[0029]所述的左側(cè)支撐板62、右側(cè)支撐板63固定在基座61兩側(cè)，右側(cè)支撐板63開設(shè)有中子通孔以及伺服電機(jī)11的固定安裝孔；所述的編碼器12、減速機(jī)13安裝在伺服電機(jī)11的輸出軸上，伺服電機(jī)11、減速機(jī)13分別固定在右側(cè)支撐板63、左側(cè)支撐板62上；所述的主動(dòng)齒輪21、從動(dòng)齒輪22依次安裝在左側(cè)支撐板62上，主動(dòng)齒輪21與減速機(jī)13的輸出軸相連，主動(dòng)齒輪21與從動(dòng)齒輪22通過輪齒咬合連接；所述的固定螺母31與從動(dòng)齒輪22固定連接，螺旋絲杠32通過螺紋與固定螺母31連接，螺旋絲杠32中心軸線上開設(shè)有中子通孔；所述的力學(xué)傳感器41的一端與螺旋絲杠32固定連接，另一端與夾具支撐桿52的一端固定連接，夾具支撐桿52的另一端與移動(dòng)端夾具511固定連接，所述夾具支撐桿52的中心軸線上設(shè)置有中心通孔；非接觸式位移傳感器42的測(cè)量端安裝在移動(dòng)端夾具511的接觸樣品的側(cè)面上；固定端夾具512與移動(dòng)端夾具511對(duì)應(yīng)設(shè)置，固定端夾具512與右側(cè)支撐板63固定連接，移動(dòng)端夾具511、固定端夾具512的中心位置上分別開設(shè)有與樣品尺寸匹配的樣品凹槽，圓筒狀的樣品包殼53套在移動(dòng)端夾具511上；在螺旋絲杠32、力學(xué)傳感器41、夾具支撐桿52、右側(cè)支撐板63的中子通孔內(nèi)壁均設(shè)置有屏蔽層71 ;所述的基座61底部設(shè)置有螺孔，用于與中子小角散射譜儀的樣品臺(tái)的固定；所述中子通孔的內(nèi)徑大于中子束斑尺寸。
[0030]本實(shí)施例中的伺服電機(jī)11的額定轉(zhuǎn)矩為0.4Nm，減速機(jī)13的減速比為100:1，編碼器12為絕對(duì)式編碼器。
[0031]本實(shí)施例中的力學(xué)傳感器41的空心內(nèi)徑尺寸為25mm，測(cè)量精度為0.5%，測(cè)量范圍為O?20 kN。非接觸式位移傳感器42采用高精度的撓度計(jì)，撓度計(jì)的測(cè)量精度為0.1um,測(cè)量范圍為0~2mm，撓度計(jì)的測(cè)量探頭為彈性機(jī)構(gòu)，使用時(shí)探頭與移動(dòng)端夾具緊密接觸，當(dāng)樣品受力發(fā)生變形時(shí)，探頭便可隨移動(dòng)端夾具移動(dòng)，從而間接測(cè)得樣品變形量。
[0032]本實(shí)施例中的移動(dòng)端夾具511、固定端夾具512為直徑35mm的圓柱形，采用藍(lán)寶石材料制作。移動(dòng)端夾具511、固定端夾具512的接觸樣品面上分別開設(shè)有與樣品尺寸匹配的固定樣品凹槽，移動(dòng)端夾具511下端開設(shè)撓度計(jì)的測(cè)量探針的接觸凹槽，如圖3、4所示。樣品包殼53為圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑、外徑分別為35 mm和38 mm，如圖5所示。樣品包殼53、基座61、左側(cè)支撐板62、右側(cè)支撐板63采用7050鋁合金材料。
[0033]本實(shí)施例中的螺旋絲杠32、夾具支撐桿53、右側(cè)支撐板62的中子通孔直徑為14mm0
[0034]本實(shí)施例中的屏蔽層71的制作材料采用硼粉，將硼粉與膠水混合后粘涂在螺旋絲杠、力學(xué)傳感器、夾具支撐桿、右側(cè)支撐板的空心內(nèi)壁，屏蔽層71厚度為1_。
[0035]經(jīng)過上述實(shí)施后，本實(shí)用新型對(duì)樣品形變量加載速率可低至0.0lmm/min，樣品形變量測(cè)量精度為0.1微米，對(duì)于直徑為1mm的圓形樣品，施加壓力控制精度L 25 MPa，壓力加載范圍為O?254MPa，本實(shí)施例用于對(duì)尺寸較大樣品進(jìn)行壓力加載實(shí)驗(yàn)。
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是高精度測(cè)量組件中的力學(xué)傳感器41空心內(nèi)徑尺寸為18mm，測(cè)量范圍為O?5 kN，測(cè)量精度為0.5% ;非接觸式位移傳感器42更換為高精度的電容式位移傳感器，電容式位移傳感器的測(cè)量精度為0.0lum，測(cè)量范圍為0-0.2mm，電容式位移傳感器包括第一電容板和第二電容板，第一電容板安裝在移動(dòng)端夾具下端，第二電容板安裝在固定端夾具下端。移動(dòng)端夾具511、固定端夾具512下端分別開設(shè)與第一電容板、第二電容板相匹配的固定安裝凹槽。本實(shí)施例中的樣品包殼53、基座61、左側(cè)支撐板62、右側(cè)支撐板63采用不銹鋼材料制作。本實(shí)施例中的屏蔽層71采用鎘材料，將鎘片加工為圓筒狀，固定安裝于螺旋絲杠32、力學(xué)傳感器41、夾具支撐桿52、右側(cè)支撐板63的空心內(nèi)壁。
[0038]經(jīng)過上述實(shí)施后，本實(shí)用新型對(duì)樣品形變量加載速率可低至0.0lmm/min，樣品形變量測(cè)量精度為0.01微米，對(duì)于直徑為1mm的圓形樣品，施加壓力控制精度0.3 MPa，壓力加載范圍為O?60MPa，本實(shí)施例用于對(duì)尺寸較小樣品進(jìn)行高精度的壓力加載實(shí)驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于中子小角散射的原位壓力加載裝置，其特征在于:所述的裝置包括動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件、傳動(dòng)齒輪組件、滾珠絲杠組件、高精度測(cè)量組件、夾具組件、固定機(jī)架基座組件和屏蔽層； 所述的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件包括伺服電機(jī)(11)、編碼器(12)、減速機(jī)(13);所述傳動(dòng)齒輪組件包括主動(dòng)齒輪(21)、從動(dòng)齒輪(22);所述的滾珠絲杠組件包括固定螺母(31)、螺旋絲杠(32);所述的高精度測(cè)量組件包括圓環(huán)狀的力學(xué)傳感器(41)、非接觸式位移傳感器(42);所述的夾具組件包括夾具、夾具支撐桿(52)、樣品包殼(53)，其中，夾具包括移動(dòng)端夾具(511)、固定端夾具(512 );所述的固定機(jī)架基座組件包括基座(61)、左側(cè)支撐板(62 )、右側(cè)支撐板(63)； 其連接關(guān)系是，所述的左側(cè)支撐板(62)、右側(cè)支撐板(63)固定在基座(61)兩側(cè)，右側(cè)支撐板(63)開設(shè)有中子通孔以及伺服電機(jī)(11)的固定安裝孔；所述的編碼器(12)、減速機(jī)(13)安裝在伺服電機(jī)(11)的輸出軸上，伺服電機(jī)(11)、減速機(jī)(13)分別固定在右側(cè)支撐板(63)、左側(cè)支撐板(62)上；所述的主動(dòng)齒輪(21)、從動(dòng)齒輪(22)依次安裝在左側(cè)支撐板(62)上，主動(dòng)齒輪(21)與減速機(jī)(13)的輸出軸相連，主動(dòng)齒輪(21)與從動(dòng)齒輪(22)通過輪齒咬合連接；所述的固定螺母(31)與從動(dòng)齒輪(22)固定連接，螺旋絲杠(32)通過螺紋與固定螺母(31)連接，螺旋絲杠(32)中心軸線上開設(shè)有中子通孔；所述的力學(xué)傳感器(41)的一端與螺旋絲杠(32)固定連接，另一端與夾具支撐桿(52)的一端固定連接，夾具支撐桿(52)的另一端與移動(dòng)端夾具(511)固定連接，所述夾具支撐桿(52)的中心軸線上設(shè)置有中心通孔；非接觸式位移傳感器(42)的測(cè)量端安裝在移動(dòng)端夾具(511)的接觸樣品的側(cè)面上；固定端夾具(512)與移動(dòng)端夾具(511)對(duì)應(yīng)設(shè)置，固定端夾具(512)與右側(cè)支撐板(63 )固定連接，移動(dòng)端夾具(511)、固定端夾具(512)的中心位置上分別開設(shè)有與樣品尺寸匹配的樣品凹槽，圓筒狀的樣品包殼(53 )套在移動(dòng)端夾具(511)上；在螺旋絲杠(32 )、力學(xué)傳感器(41)、夾具支撐桿(52)、右側(cè)支撐板(63)的中子通孔內(nèi)壁均設(shè)置有屏蔽層(71);所述的基座(61)底部設(shè)置有螺孔，用于與中子小角散射譜儀的樣品臺(tái)的固定；所述中子通孔的內(nèi)徑大于中子束斑尺寸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于中子小角散射的原位壓力加載裝置，其特征在于，所述的主動(dòng)齒輪(21)、從動(dòng)齒輪(22)的傳動(dòng)速比為1:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于中子小角散射的原位壓力加載裝置，其特征在于，所述的力學(xué)傳感器(41)的空心尺寸大于中子束斑尺寸，螺旋絲杠(32)、夾具支撐桿(52)上均開設(shè)力學(xué)傳感器(41)的安裝螺紋孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于中子小角散射的原位壓力加載裝置，其特征在于，所述的移動(dòng)端夾具(511)、固定端夾具(512)為直徑相同的圓柱形，直徑尺寸為中子束斑直徑的三倍；樣品包殼(53)為圓筒結(jié)構(gòu)，樣品包殼(53)的內(nèi)徑尺寸與移動(dòng)端夾具(511)的外徑尺寸匹配，樣品包殼(53)的寬度尺寸比樣品厚度尺寸大兩公分。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于中子小角散射的原位壓力加載裝置，能夠?qū)Ρ粶y(cè)樣品進(jìn)行中子束流方向上的壓力加載，并對(duì)樣品的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行控制。所述裝置包括動(dòng)力驅(qū)動(dòng)組件、傳動(dòng)齒輪組件、滾珠絲杠組件、高精度測(cè)量組件、夾具組件、固定機(jī)架基座組件和屏蔽層。本實(shí)用新型的特點(diǎn)為中子束線上的多個(gè)組件采用空心結(jié)構(gòu)允許中子直接通過，夾具采用中子透過率高的藍(lán)寶石材料，實(shí)現(xiàn)了樣品在中子束流方向上的壓力加載。本實(shí)用新型配合中子小角散射譜儀使用，對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行在力學(xué)使役環(huán)境下的微觀變形、損傷和斷裂過程進(jìn)行原位檢測(cè)，為進(jìn)一步揭示材料的力學(xué)特性和損傷、斷裂機(jī)制研究提供了有效、可靠的測(cè)試手段。
【IPC分類】G01N3/16
【公開號(hào)】CN204666449
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520332551
【發(fā)明人】龐蓓蓓, 孫光愛, 席志國(guó), 王云, 張瑩, 閆冠云, 龔建, 崔元平, 張潔, 田強(qiáng), 曾軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日