复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备及方法，其中设备主要由控制终端和至少一个试验舱构成，各个试验舱依次连接，且相邻2个试验舱之间设有活动隔门；每个试验舱设有独立的环境模拟机构和控制机构，所述环境模拟机构与控制机构连接，所述控制机构与控制终端连接；所述环境模拟机构包括集成一体的加热单元、制冷单元和加湿除湿单元，其中制冷单元中低压压缩机组、高压压缩机组和热交换器等一起共同作用，从而可实现低温低湿环境模拟，还可实现温度小于或等于‑60℃低温环境的模拟。而各个试验舱都设置独立的环境模拟机构和控制机构，从而可实现多环境因素的任意组合，以满足实验需求。

【技术实现步骤摘要】
复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备及方法
本专利技术涉及环境疲劳及耐久性实验
，具体涉及一种复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备及方法。
技术介绍
陆上交通、船舶与海洋工程、水利水电、港口、风力发电、航空、土木建筑、工程机械等领域的重大装备或重大工程结构，往往是在各种服役环境与荷载耦合作用下工作的，其服役环境具有多样性和时变性，其承受的外载往往是随时间和空间变化的变幅荷载甚至是随机荷载。对于这些重大装备及重大工程结构的抗疲劳/耐久性设计及安全评价，目前所依据的实验数据大都是来自材料(试件)或小构件的恒幅疲劳实验、以及数量极少的变幅荷载疲劳实验。除了飞机等有整机的疲劳验证实验外，其他民用领域的重大结构和装备的结构疲劳实验很难实现。关于服役环境对结构疲劳寿命/耐久性的影响，目前为数极少的结构环境疲劳/耐久性实验，也都是采用传统的实验方法，即先进行环境预处理，然后在室温大气环境下实施疲劳实验的方法，而无法实现在各种环境与动载耦合作用下的结构疲劳/耐久性实验。也就是说，目前的结构疲劳实验条件(环境与荷载)显然与上述重大装备及重大工程结构的实际服役条件有着较大的差别，而采用材料或小构件实验所获得的疲劳实验数据为依据进行重大装备及重大工程结构的抗疲劳设计和安全评价，由于无法考虑材料性能的尺度效应，亦无法再现结构的复杂几何形状对材料性能的影响，其结果将会留下安全隐患或者采取极其保守的设计方法而增加成本和浪费资源。为了比较经济、准确地获得上述重大装备及重大工程结构在实际服役环境与荷载耦合作用下的抗疲劳/耐久性能，首先需要开展模拟其服役环境与荷载耦合/共同作用下的足尺结构疲劳/耐久性加速实验。然而，目前的环境模拟设备，面临着以下主要困难：1)无法实现低温低湿(例如：5～20℃时≤40％R·H，)环境的模拟和控制；2)只能在某一试验舱内实现单一环境，无法实现多变环境模式，仿真度低；3)无法实现≤-60℃低温环境的模拟和控制；4)无法适用如桥梁、深海平台、港口、水坝、舰船、航空器等大型结构物及小型构件的服役环境的模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备。此复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备可实现多低湿低湿等特定环境的模拟，还可满足大型结构物及小型构件的服役环境的模拟。同时，本专利技术的另一目的是提供了一种复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：本复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，包括控制终端和至少一个试验舱，各个试验舱依次连接，且相邻2个试验舱之间设有活动隔门；每个试验舱设有独立的环境模拟机构和控制机构，所述环境模拟机构与控制机构连接，所述控制机构与控制终端连接；所述环境模拟机构包括集成一体的加热单元、制冷单元和加湿除湿单元，所述制冷单元包括低压压缩机组、高压压缩机组、热交换器和蒸发器；所述低压压缩机组通过第一管道与热交换器的管程通道的入口连接，所述热交换器的管程通道的出口通过第二管道与蒸发器连接；所述第一管道连接有第三管道，此第三管道与蒸发器连接；所述高压压缩机组通过第四管道与热交换器的壳程通道的入口连接，所述热交换器的壳程通道的出口通过第五管道与高压压缩机组连接；所述蒸发器安装于试验舱，所述第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道均设有阀门。优选的，所述第一管道与第三管道的连接处与低压压缩机组之间的第一管道设有预冷器，所述第四管道设有冷凝器，此冷凝器位于高压压缩机组和热交换器之间。优选的，所述第三管道与低压压缩机组之间连接有第六管道，此第六管道与第一管道之间连接有膨胀容箱。优选的，所述加湿除湿单元包括除湿器、加湿喷嘴、蒸汽锅炉，所述除湿器和加湿喷嘴均安装于试验舱，所述蒸汽锅炉与加湿喷嘴连接。优选的，所述加热单元包括加热器，此加热器安装于试验舱。优选的，所述环境模拟机构还包括淋雨单元，所述淋雨单元包括储水箱、水泵、过滤器、压力罐和淋雨喷嘴，所述淋雨喷嘴通过喷淋管道安装于试验舱，所述储水箱、过滤器、水泵和压力罐依次连接，所述压力罐的出口与喷淋管道连接。优选的，所述环境模拟机构还包括盐雾单元，所述盐雾单元包括盐水储备箱、盐水补给箱、喷雾塔、饱和发生器、第一油水分离器、储气罐、第二油水分离器、空压机和盐雾喷嘴，所述盐水储备箱的出水口与净水器连接，所述净水器通过饱和发生器与喷雾塔的入口连接，所述喷雾塔的出口通过盐雾管道与安装于试验舱的盐雾喷嘴连接，所述喷雾塔的回流口与盐水补给箱连接，所述盐水补给箱通过补水泵与盐雾储备箱连接，所述空压机、第二油水分离器、储气罐、第一油水分离器与饱和发生器依次连接。优选的，所述环境模拟机构还包括碳化单元，所述碳化单元包括二氧化碳液态储罐、二氧化碳净化器和碳化喷嘴，所述二氧化碳液态储罐与二氧化碳净化器连接，所述碳化喷嘴通过碳化管道安装于试验舱，所述二氧化碳净化器通过碳化管道与碳化喷嘴连接。优选的，所述控制机构包括控制柜、控制器、交换机、温度传感器、湿度传感器和触摸屏，所述控制器和交换机均安装于控制柜内，所述温度传感器和湿度传感器安装于试验舱内，所述触摸屏安装于试验舱的外壁，且所述温度传感器、湿度传感器、触摸屏和交换机均与控制器连接，所述控制器与控制终端连接。优选的，所述试验舱的内腔被分隔形成第一工作室和第二工作室，所述第一工作室和第二工作室的顶端相通，且所述第一工作室的顶部安装有循环风机。一种基于上述的复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟与控制方法，其包括以下步骤：低压压缩机组和高压压缩机组之间通过热交换器连接以构成复叠式制冷，且高压压缩机组与热交换器之间形成高压制冷循环，其中低压压缩机组制得的制冷介质通过热交换器时，则高压制冷循环对低压压缩机组制得的制冷介质再次降温，被再次降温的制冷介质进入到试验舱后，从而对试验舱内快速降温；与此同时，加湿除湿单元对试验舱内的湿度进行控制，从而使试验舱内实现低温低湿环境。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点：1、本复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备采用至少一个试验舱，各个试验舱之间设置活动隔门，各个试验舱都设置独立的环境模拟机构和控制机构，从而可实现多环境因素的任意组合，则各个试验舱可单独或共同使用，以满足桥梁、深海平台、港口、水坝、舰船、航空器等大型结构物和小型构件的实验需求；同时不仅能实现单一环境的实验，还能实现多环境的任意组合。2、本复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备中的环境模拟机构主要由加热单元、制冷单元和加湿除湿单元集成一体，制冷单元中低压压缩机组、高压压缩机组和热交换器连接，在低压压缩机组、高压压缩机组和热交换器等的共同作用下，可实现低温低湿(如5～20℃时，小于或等于40％R·H)环境模拟，还可实现温度小于或等于-60℃低温环境的模拟。3、本复杂环境下结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：包括控制终端和至少一个试验舱，各个试验舱依次连接，且相邻2个试验舱之间设有活动隔门；每个试验舱设有独立的环境模拟机构和控制机构，所述环境模拟机构与控制机构连接，所述控制机构与控制终端连接；/n所述环境模拟机构包括集成一体的加热单元、制冷单元和加湿除湿单元，所述制冷单元包括低压压缩机组、高压压缩机组、热交换器和蒸发器；所述低压压缩机组通过第一管道与热交换器的管程通道的入口连接，所述热交换器的管程通道的出口通过第二管道与蒸发器连接；所述第一管道连接有第三管道，此第三管道与蒸发器连接；所述高压压缩机组通过第四管道与热交换器的壳程通道的入口连接，所述热交换器的壳程通道的出口通过第五管道与高压压缩机组连接；所述蒸发器安装于试验舱，所述第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道均设有阀门。/n

【技术特征摘要】
1.复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：包括控制终端和至少一个试验舱，各个试验舱依次连接，且相邻2个试验舱之间设有活动隔门；每个试验舱设有独立的环境模拟机构和控制机构，所述环境模拟机构与控制机构连接，所述控制机构与控制终端连接；
所述环境模拟机构包括集成一体的加热单元、制冷单元和加湿除湿单元，所述制冷单元包括低压压缩机组、高压压缩机组、热交换器和蒸发器；所述低压压缩机组通过第一管道与热交换器的管程通道的入口连接，所述热交换器的管程通道的出口通过第二管道与蒸发器连接；所述第一管道连接有第三管道，此第三管道与蒸发器连接；所述高压压缩机组通过第四管道与热交换器的壳程通道的入口连接，所述热交换器的壳程通道的出口通过第五管道与高压压缩机组连接；所述蒸发器安装于试验舱，所述第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道均设有阀门。


2.根据权利要求1所述的复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：所述第一管道与第三管道的连接处与低压压缩机组之间的第一管道设有预冷器，所述第四管道设有冷凝器，此冷凝器位于高压压缩机组和热交换器之间。


3.根据权利要求1所述的复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：所述第三管道与低压压缩机组之间连接有第六管道，此第六管道与第一管道之间连接有膨胀容箱。


4.根据权利要求1所述的复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：所述加湿除湿单元包括除湿器、加湿喷嘴、蒸汽锅炉，所述除湿器和加湿喷嘴均安装于试验舱，所述蒸汽锅炉与加湿喷嘴连接。


5.根据权利要求1所述的复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：所述加热单元包括加热器，此加热器安装于试验舱。


6.根据权利要求1所述的复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统的环境模拟设备，其特征在于：所述环境模拟机构还包括淋雨单元，所述淋雨单元包括储水箱、水泵、过滤器、压力罐和淋雨喷嘴，所述淋雨喷嘴通过喷淋管道安装于试验舱，所述储水箱、过滤器、水泵和压力罐依次连接，所述压力罐的出口与喷淋管道连接。


7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄培彦，姚国文，陈展标，李世亚，李稳，郭馨艳，杨玉强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44