一种恒定、疲劳应力试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种恒定、疲劳应力试验装置及试验方法，试验装置包括工作台，在工作台台面设置有通透性框架，在框架上设置有用于固定试件的夹紧部，夹紧部连接轴向应力加载系统，轴向应力加载系统包括顺次设置在工作台内的力传感器、丝杠和伺服电机，力传感器位于夹紧部与丝杠之间，丝杠一端连接力传感器，丝杠另一端连接在伺服电机输出端，伺服电机连接控制系统。试验方法为：先将试验装置放置在自然环境中，然后将试件安装在试验装置的夹紧部上，再对试件施加恒定应力和/或疲劳应力，从而实现环境和力学载荷对试件的协同作用，能够较好地模拟、再现结构件损伤过程。

A constant fatigue stress test device and test method

The invention provides a constant, fatigue stress test device and test method. The test device includes a worktable, a worktable has a permeable frame, a clamping part for fixed specimen is set on the frame, an axial stress loading system is connected to the clamping part, and the axial stress loading system is set up in work. In the platform, the force sensor, the screw and the servo motor, the force sensor is located between the clamping part and the screw, the screw is connected to the force sensor at one end, the other end of the screw is connected to the output end of the servo motor, and the servo motor is connected to the control system. The test method is that the test device is placed in the natural environment first, then the specimen is installed on the clamping part of the test device, and then the constant stress and / or fatigue stress are applied to the specimen, thus the synergistic action of the environmental and mechanical loads on the specimen can be realized, and the damage process of the structural parts can be simulated and reproduced.

【技术实现步骤摘要】
一种恒定、疲劳应力试验装置及试验方法
本专利技术涉及一种用于结构件损伤评估的装置和方法，特别涉及一种在自然环境条件下模拟结构件环境损伤过程的恒定、疲劳应力试验装置及试验方法。
技术介绍
结构件在实际使用过程中会受到各种环境因素的综合影响，总是处于一定的腐蚀环境中，例如，潮湿并伴有SO2、Cl-等腐蚀介质的环境因素会对结构件产生明显影响，引起结构腐蚀损伤。当结构件处于使用或运行状态时，尤其是在工作应力远小于许用应力的情况下，结构件容易出现突然断裂损伤或提前失效，特别是对于航空、军工产品、桥梁的关键受力结构件，一旦出现突然断裂损伤，往往会产生灾难性事故。结构件损伤的萌生和发展是一个十分复杂的过程，不仅与环境因素、材料因素和设计因素密切相关，还随受力状态的不同表现出较大差异。因此，在特定条件下模拟结构件损伤过程十分必要。目前，主要采用预腐蚀试验和疲劳应力试验模拟结构件损伤过程，但是，预腐蚀试验大多按照国军标GJB150-2009进行简单的单因素或两因素组合试验，试验条件与结构件实际使用环境出入较大，导致试验结果相关性差。同时，采用预腐蚀试验和疲劳应力试验等常规环境试验技术和力学测试技术难以建立与实际使用过程中的损伤当量关系，已不能满足结构件损伤研究要求。除此之外，CN2593182Y公开了一种应力腐蚀试验装置，利用弹簧对受试件施加轴向恒定载荷，受力支架四面镂空，可使受试件暴露于大气环境中，当要求在腐蚀介质中试验时，在受试件外面加装一个有腐蚀物质的密封容器即可。该装置虽然可以进行户外大气环境长期暴露试验，但其无法施加疲劳交变应力，也不能较好地模拟结构件损伤过程。专利
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种恒定、疲劳应力试验装置，既能够在自然环境条件下开展环境腐蚀试验，又能够长期、连续进行恒定、疲劳应力加载，较好的模拟结构件损伤过程。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种恒定、疲劳应力试验装置，包括工作台，在工作台台面设置有通透性框架，在框架上设置有用于固定试件的夹持部，夹持部连接轴向应力加载系统，其特征在于：轴向应力加载系统包括顺次设置在工作台内的力传感器、丝杠和伺服电机，力传感器位于夹持部与丝杠之间以检测所加载的力学载荷，丝杠一端连接力传感器，丝杠另一端连接在伺服电机输出端；伺服电机输入端连接控制伺服电机运行的控制系统。为能够更好地模拟结构件损伤过程，上述控制系统包括控制柜，在控制柜内设置有数字控制器，数字控制器分别连接计算机、伺服电机和力传感器，且数字控制器、计算机、伺服电机和力传感器共同构成闭环控制系统；进一步地，在控制系统的计算机软件控制界面可设置静载力值、动载力值（峰谷值）、加载持续时间、加载频率、循环周期数、位移量、转数等参数，通过计算机软件控制界面实时输入、采集和显示相应数据。采用该技术方案不仅能够实时控制伺服电机启动、停止、正转、反转，实现全程闭环控制和精确控制实验条件，实时输入、采集和显示相关试验数据，而且能够对试件施加恒定应力和/或疲劳交变应力，实现恒定应力加载与疲劳应力加载的任意组合。为进一步精确控制试验条件，上述框架包括竖直固定在工作台上的多根立柱，在立柱上部水平设置有横梁，横梁高度可调。为进一步精确控制试验条件，上述夹持部包括设置在横梁上的上夹持部和靠近工作台面设置的下夹持部，且上夹持部与下夹持部位于工作台的中轴线处，通过上夹持部和下夹持部实现对试件的径向限位。作为优选，上夹持部和下夹持部包括连接杆，设置在连接杆上用于夹持试件的夹具，以及与连接杆配合相连的导向套，且连接杆与导向套之间的配合方式为小间隙配合；夹具优选为穿销式夹具或手动楔形夹具；力传感器位于下夹持部与丝杠之间。采用此结构对试件进行径向固定，还能够有效避免试验过程中试件横向振颤。为进一步精确控制试验条件，同时提高本专利技术恒定、疲劳应力试验装置的使用寿命，上述轴向应力加载系统位于呈中空结构的工作台内，并在工作台四周设置有防护板；进一步地，在工作台侧壁的防护板上设置有通风口，通风口优选为百叶窗。本专利技术另一目的在于采用上述恒定、疲劳应力试验装置，提供一种环境-恒定、疲劳应力协同试验方法，以较好的模拟结构件损伤过程。一种环境-恒定、疲劳应力协同试验方法，先将上述恒定、疲劳应力试验装置放置于自然环境中，然后将试件安装在上述恒定、疲劳应力试验装置的夹持部上，再对试件施加恒定应力和/或疲劳应力，恒定应力值和疲劳应力值均为试件许用应力值。进一步地，上述恒定应力和/或疲劳应力值根据试件的使用状态确定，当试件的使用状态为静载受力状态时，对试件施加恒定应力；当试件的使用状态为动载受力状态时，对试件施加疲劳应力，或对试件交替性施加恒定应力和/或疲劳应力。进一步地，上述自然环境根据试件的应用场合确定，当试件应用于湿热海洋大气环境中，将应力试验装置放置在湿热海洋大气环境中；同理，当试件应用于亚湿热工业大气环境、湿热海洋大气环境、干热沙漠大气环境、高原低气压大气环境、寒冷低温环境等大气环境环境中，将应力试验装置放置在相应的大气环境中。相比于现有结构件应力试验装置和应力试验方法，本专利技术恒定、疲劳应力试验装置及试验方法具有如下效果。采用本专利技术恒定、疲劳应力试验装置及试验方法，既能够在自然环境条件下进行单一的恒定应力加载试验，又能够在自然环境条件下进行单一的疲劳应力加载试验，还能够在自然环境条件下进行恒定、疲劳应力和/或多级疲劳应力交替加载试验。本专利技术试验方法通过在自然环境条件下进行恒定、疲劳应力加载试验，结合通透性框架和轴向应力加载系统，能够模拟自然环境因素和力学载荷在试件上的协同作用过程，真实地反映结构件实际使用环境与力学载荷协同作用过程；利用环境腐蚀与力学载荷的耦合效应进行试验，使整个试验条件更接近于试件的实际使用条件，方便建立与结构件实际使用环境的损伤当量关系，得以较好的模拟结构件损伤过程。本专利技术恒定、疲劳应力试验装置可在长期试验过程中通过自适应调节方式控制电机的转速、转数和旋转方向，带动丝杠作恒定位移或上下往复直线运动，实现恒定应力和多级疲劳交变应力的任意组合与精确加载，解决了自然环境因素与力学载荷不能协同作用的技术难题。本专利技术恒定、疲劳应力试验装置能够实时检测加载力值的大小，通过反馈、比较、判断进行校正控制，确保加载力值、波形等满足预设目标要求，实现了全过程闭环控制和精确加载，静载精度≥99%，动载精度≥97%。本专利技术提供的恒定、疲劳应力试验方法具有可设计性，根据具体试验对象的使用环境和受载情况，通过恰当设计试验环境和试验载荷组合，可在不同自然环境条件下实现与不同载荷类型的协同作用，满足不同产品试验要求，具有广泛的应用前景。本专利技术恒定、疲劳应力试验装置结构紧凑简单、体积小、重量轻、刚度好，不仅操作稳定性好，而且方便搬运，能够放置在任意自然环境中，特别适用于在自然环境中长期使用。采用本专利技术恒定、疲劳应力试验装置，可以结合具体试件的许用应力值，采用一定倍率进行量值或时间强化，加速完成试验，试验效率高。采用本专利技术恒定、疲劳应力试验装置，不仅能够确保试验过程中恒定、疲劳应力的连续性加载，而且能够设定长时间连续性应力加载周期，这对试验周期较长的受力结构件开展应力试验，具有相当大的优势。附图说明图1为本专利技术恒定、疲劳应力试验装置的结构示意图；其中，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒定、疲劳应力试验装置，包括工作台，在工作台台面（5）设置有通透性框架，在框架上设置有用于固定试件（4）的夹持部（3），夹持部（3）连接轴向应力加载系统，其特征在于：轴向应力加载系统包括顺次设置在工作台内的力传感器（6）、丝杠（7）和伺服电机（8），力传感器（6）位于夹持部（3）与丝杠（7）之间以检测所加载的力学载荷，丝杠（7）一端连接力传感器（6），丝杠（7）另一端连接在伺服电机（8）输出端；伺服电机（8）输入端连接控制伺服电机（8）运行的控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种恒定、疲劳应力试验装置，包括工作台，在工作台台面（5）设置有通透性框架，在框架上设置有用于固定试件（4）的夹持部（3），夹持部（3）连接轴向应力加载系统，其特征在于：轴向应力加载系统包括顺次设置在工作台内的力传感器（6）、丝杠（7）和伺服电机（8），力传感器（6）位于夹持部（3）与丝杠（7）之间以检测所加载的力学载荷，丝杠（7）一端连接力传感器（6），丝杠（7）另一端连接在伺服电机（8）输出端；伺服电机（8）输入端连接控制伺服电机（8）运行的控制系统。2.根据权利要求1所述的恒定、疲劳应力试验装置，其特征在于：所述控制系统包括控制柜（10），在控制柜（10）内设置有数字控制器（11），数字控制器（11）分别连接计算机（12）、伺服电机（8）和所述力传感器（6），且数字控制器（11）、计算机（12）、伺服电机（8）和所述力传感器（6）共同构成闭环控制系统。3.根据权利要求1或2所述的恒定、疲劳应力试验装置，其特征在于：所述框架包括竖直固定在工作台上的多根立柱（1），在立柱（1）上部水平设置有横梁（2），横梁（2）高度可调。4.根据权利要求3所述的恒定、疲劳应力试验装置，其特征在于：所述夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏艳，钟勇，舒畅，杨万均，朱玉琴，封先河，罗来正，吴帅，滕俊鹏，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50