(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210741167.8 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市金牛区二环路 北一段111号 (72)发明人 吴正凯　吴圣川　孟繁东　胡雅楠　 林颖　奥妮　 (74)专利代理 机构 成都信博专利代理有限责任 公司 5120 0 专利代理师 舒启龙 (51)Int.Cl. G01N 3/32(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/18(2006.01) G01N 23/046(2018.01) (54)发明名称 一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试 验机及试验方法 (57)摘要 一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试 验机及试验方法， 低温腔室放置在底座上， 底座 上有贯穿孔的凸台作为下夹具， 拉伸杆下部的贯 穿孔并作下夹 具， 样品夹固定在上、 下夹具之间， 且位于低温腔室内， 伺服电动缸的丝杆下端通过 载荷传感器连接在拉伸杆上端， 伺服电动缸安装 在支撑座上， 支撑座固定在盖板上， 外壳设置在 盖板和底座之间， 且扣合在二者密封槽上。 低温 腔室为： 腔室内有隔热层， 抽真空接头与由两个 亚克力板 形成的夹层连通， 低温液体进口与 腔室 内腔连通。 本 试验机方便样品安装， 结构紧凑， 重 量轻， 测量精度高。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115078139 A 2022.09.20 CN 115078139 A 1.一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试验机， 包括， 采用同步辐射光源的CT成像 系统， 其特征在于， 低温腔室 （13） 结构为： 圆形的底板 （13 ‑4） 和顶板 （13 ‑5） 之间设置有圆筒 形的内层PMMA罩 （13 ‑2） 和外层PMMA罩 （13 ‑3） ， 内、 外层PMMA罩之间形成夹层， 内层PMMA罩以 内为内腔 （13 ‑6） ， 底板侧面上设有低温液体进口 （11） 以及抽真空接头 （8） ， 低温液体进口与 内腔 （13‑6） 连通， 抽真空接头与夹层连通， 顶板侧面设有与夹层连通， 用作通入低温液体的 预留接头 （14） 和与内腔连通的低温气体出口 （4） ， 圆形的底 座 （10） 中部有一柱状凸台， 凸台 上部有一供哑铃状样品 （17） 套入的贯穿孔， 底座的凸台从下向上经密封结构套装在底板中 部的孔中， 底座上的密封槽 （10 ‑1） 中的O形密封圈在底座上表面与底板下表面之间形成密 封,该凸台上设有热电偶 （18）,拉伸杆 （15） 从上向下经密封结构伸入顶板中部的孔中， 且顶 板和底板二者内表 面上均敷设有隔热层 （13 ‑1） ， 拉伸杆下部有一供哑铃状样品套入的贯穿 孔； 波纹管 （3） 套装在拉伸杆 （15） 上， 波纹管下端旋接在顶板 （13 ‑5） 上， 伺服电动缸 （1） 的丝 杆 （1‑1） 下端经载荷传感器 （2） 与拉伸杆 （15） 上端相连接； 伺服电动缸 （1） 安装在支撑座 （16） 上， 支撑座固定在盖板 （5） 上， 材质为PMMA的圆筒形外壳 （6） 设置在盖板和底座之间， 且 外壳扣合在盖 板和底座 （10） 二 者的密封 槽上。 2.根据权利要求1所述一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试验机， 其特征在于， 所 述底座 （10） 安装在X射线成像旋转载物台 （21） 上， 所述波纹管 上端封口并固定在拉伸杆 上。 3.根据权利要求1所述一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试验机， 其特征在于， 所 述外壳 （6） 上左右对称地开有两个升降舱门 （9） ， 低温腔室 （13） 的外层PMMA罩 （13 ‑3） 上对应 于两个升降舱门位置处分别有两个升降提手 （7） ； 外壳上开有取放样窗口 （12） 。 4.根据权利要求1所述一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试验机， 其特征在于， 还 具有载荷位移控制系统 （23） ； 所述载荷传感器 （2） 以及伺服电动缸 （1） 分别与载荷位移控制 系统连接； 所述热电偶 （18） 与温度控制系统 （19） 连接 。 5.一种采用权1 ‑4任一权利要求所述试验机的试验方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1） 首先将极端低温环境原位试验机置于X射线成像旋转载物台 （2 1） 上， 安装位置根据X 射线高度调整， 通过激光定位系统精确定位样品测试位置， 保证X射线穿过试样感兴趣区 域； 2） 试验机调整好位置后， 开启腔体外侧两个舱门， 将样品腔升降提手 （7） 抬起， 低温腔 体 （13） 一并抬起， 此时露出内部样品 （17） ， 根据测试样品形状及尺 寸更换夹具并更换试样， 试样固定 完毕落下升降提手， 低温腔体随之落下， 试样置 于腔室内， 随即 关闭升降舱门 （9） ； 3） 完成上述步骤后， 开启抽真空装置 （22） ， 通过抽真空接头 （8） 对低温腔体中由内、 外 层PMMA罩形成的夹层抽真空 处理， 此时完成第一阶段； 4） 连接好各个管路， 并打开温度控制系统 （19） 和荷载位移控制系统 （23） ， 根据实验目 的和实验材 料性能， 确定实验中的应力加载 条件， 以确定加载振幅即试样应力水平； 5） 通过温度控制系统 （19） 由低温液体进口通入液氮及液氦， 通过电磁阀控制两种低温 液体的流量比例调节腔 体温度， 热电偶连接温度传感器， 从而实时监测试样周围温度变化， 待环境腔室达 到试验温度后开始疲劳试验； 6） 打开同步辐射光源和CT成像系统， 并打开荷载位移控制系统， 控制对试样的载荷与 位移， 位移—载荷传感器可将数据反馈给系统， 待相关参数稳定后开始 疲劳试验， 待 试样断 裂后停止疲劳试验；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078139 A 27） 完成材 料内部三维形貌的重构， 捕捉原位 疲劳试验过程中的裂纹萌生与扩展过程； 8） 试验结束后， 按照与试验前相反的步骤拆卸试验 装置。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078139 A 3