一种工程构件环境适应性试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种工程构件环境适应性试验系统及方法，其中所述试验系统的装置包括工作室、空气调节室、风道系统、淋雨系统、盐雾系统、气氛导入系统、光照系统、气压控制系统、力学加载系统、传感器系统及环境仓总控系统；该试验系统还包括仿真系统，具有仿真模块与上述装置的各部分相对应，用于对上述装置进行综合控制，该仿真系统还包括边界条件、初始条件、试验程序的输入接口，可实现工程构件环境适应性试验的仿真模拟。所述装置和方法是针对工程构件/材料/结构的环境适应性评价，能显著提高工程构件环境适应试验的设计、数据分析、及预测评价的科学性与有效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境适应性测试领域，特别涉及ー种工程构件环境适应性试验系统及方法。
技术介绍
在环境适应性测试中多遵循国内外标准设计环境试验箱，设定试验程序，检测并评价试验结果，其测试试样也在测试标准的规定范围内，多为小尺寸试片。然而，大量工程材料/构件的失效事故说明，基于小尺寸试片在有限的标准测试程序中得到的测试结果进行工程结构设计存在很大风险。原因是简单形状的小试片无法反映出工程构件在环境适应性能方 面的尺寸效应、形状效应、材质耦合效应、以及加工不均匀性等等，同时工程构件的真实服役环境具有差异性与复杂性，远非现有测试标准中所简化的情況。因而，针对工程构件，有必要开展全尺寸/大尺寸的环境适应性评价，其中环境谱的剪裁也需要一事ー议地科学设定，以期达到合理、等效加速评价其安全性、预测失效形式及机理的目的。由于其复杂性与特例性，目前针对工程构件的环境适应性测试基本没有系统、成型的测试与评价标准(各行业中的测试标准仅在检测单中最终给出“通过”或“不通过”的简单结果判断，无助于了解工程构件的失效本质与机理)。因此，依完成人经验和水平上的差异，所拟定工程构件的环境适应性试验程序的合理性不同，国际上对于工程构件测试评价结果的可信度一直存在较大争议，加之试验成本高、与目前的小试样测试结果无法对接等问题，最終造成很多重金购建的大型环境模拟试验仓处于长期闲置甚至惨遭废弃。目前工程构件环境适应性测试评价各阶段工作中的技术现状与存在问题如下试验设计中存在盲目性——体现在工程构件环境适应性测试程序的设置、工程构件在环境仓中的布置(位置/方向/角度等)、构件周围传感器的布置等方面；试验过程信息缺失——由于试验设计阶段的盲目性，对试验结果缺少基本的预测与判断，构件附近传感器布设不合理，造成试验中大量宝贵过程信息的缺失；失效分析中缺乏科学性——由于试验设计与过程监测中的盲目性，为构件失效行为的演化原因及规律的挖掘带来困难，甚至可能造成整体误判；与现有小试片试验结果间无法对接——由于目前在整个工程构件试验评价中缺乏科学的方法和应有的系统性，无法有效利用现有的大量数据资源，为工程构件评价与预测服务；工程构件试验中缺少积累性——目前盲目性地执行测试试验，无法得到科学的评价结果；更无法有效构建“自完善、自学习”的工程材料服役安全评价体系，实现宝贵数据的学习、整理与挖掘；从而不能为实现工程构件服役安全行为的仿真评价与预测能力奠定基础。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对工程构件/材料/结构的环境适应性评价(失效分析与服役安全评价)，提供ー种能够摒弃以上现有问题的环境适应性试验系统及方法，以显著提高工程构件环境适应试验的设计、数据分析、及预测评价的科学性与有效性。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案本专利技术提供ー种工程构件环境适应性试验系统，所述系统的装置包括工作室(箱体)、空气调节室、风道系统、淋雨系统、盐雾系统、气氛导入系统、光照系统、气压控制系统、力学加载系统、传感器系统及环境仓总控系统。该试验系统还包括仿真系统，其中的仿真模块与上述装置的各部分相对应，用于对上述装置进行综合控制及数值建模，该仿真系统还包括边界条件、初始条件、试验程序的输入接ロ，可实现工程构件环境适应性试验的仿真模拟。进ー步地，所述空气调节室包括加热器、制冷压缩机、制冷蒸发器、加湿盘、除湿蒸发器、空气搅拌装置与进、出风ロ，所述工作室内空气经风道系统进入空气调节室的空气搅拌装置，进而实现调节空气的作用；所述空气调节室连接所述气压控制系统可实现气压调节功能，所述气压控制系统包括单级或多级真空泵、气体管路、以及气压表、气压阀等气压控制元件；所述空气调节室内还设气体导入孔，可以从气氛导入系统中进行污染气氛的导入，所述气氛导入系统包括气体导入控制元件、气体混合室、气瓶、导气管，与总控系统中的气氛浓度控制系统及用于气氛浓度监测的气氛传感器相结合，实现环境适应性试验中污染性气氛的定量模拟。进ー步地，所述箱体包括外壳、保温材料层、内壁材料层、排水系统、风栅、风板、门、观察窗及照明装置，为环境适应性试验的执行空间，其与淋雨系统相接，通过淋雨系统的水管及喷嘴以实现淋雨模拟功能，其与盐雾系统相接，通过盐雾系统的盐水液槽及管路、 盐雾喷嘴实现盐雾模拟功能，其与光照系统相接，通过选择合适的光源以实现红外、紫外或全光谱的模拟或加速模拟功能；另外箱体上设置加载孔，通过密封部件与力学加载系统相接，在进行环境适应性试验的同时可对エ件进行力学加载，实现环境模拟与力学加载的耦ムロ o进ー步地，所述箱体边界条件固定或可调，所述边界条件包括箱体形状及尺寸，内壁材料层、保温材料层及外壳的材质及厚度，送风速率与送风角度、送风ロ位置与尺寸等。进ー步地，所述盐雾系统包括盐水温控元件、喷雾控制元件、盐水液槽及管路、盐雾喷嘴，所述盐雾喷嘴直接布置在所述工作室内，通过选择喷嘴种类、合理设置喷嘴个数、位置，可在工作室内试验范围内实现盐雾的定量模拟。进ー步地，所述淋雨系统包括控温水箱、水管、喷嘴、水质测控系统、水泵及水压控制系统等，可实现不同強度和倾角降雨过程的模拟。进ー步地，所述光照系统包括光源、投射器、冷却水系统、固定或可移动灯架、以及电源，其中光源可根据光照模拟需求配置灯管规格、位置及数量，并可加装不同的滤光片，可实现以红外、紫外或全光谱的模拟或加速模拟功能。进ー步地，所述力学加载系统包括加载孔密封部件、加载及控制系统、对于液压作动器需配油源及冷却系统。进ー步地，所述传感器系统包括温、湿度传感器、风速计、气氛传感器、雨量计、气压计、日照强度计，可安装在工作室或空气调节室内或根据不同的试验需求単独安装其中一种或几种的组合，安装位置、数量可调。进ー步地，其中仿真系统包括与装置各部分一一对应的温湿度、盐雾、淋雨、光照、气压、力学加载、送风等仿真模块；仿真系统还包括与环境仓对应的控制逻辑、控制參数的输入接ロ、对工作室、空气调节室及风道系统的数值建模、及结果输出演示系统等。仿真系统可实现工程构件环境适应性试验中环境仓内环境參数的仿真模拟。本专利技术还提供ー种工程构件环境适应性试验方法，该方法包括以下步骤I)根据用户输入的环境仓的边界条件及测试样品的參数对环境仓及构件进行物理模型及数学模型的构建； 2)用户输入或测定环境箱内初始条件及试验流程；初始条件包括温度、湿度、气氛浓度、气压、降雨条件、光照条件、力学加载条件、以及风速等參数中ー种或几种的有机组合，试验流程为上述各參数中一种或几种的变化范围及组合； 3)在所设定的初始条件及试验流程条件下，仿真系统可给出环境仓内，尤其是试验构件附近、表面及内部的环境影响參数三维动态模拟结果； 4)根据步骤3)的结果，对试验构件的环境适应性试验的结果进行预测，进一歩指导エ程构件环境适应性试验的方案设计，为用户合理布设试验过程參量测试监检测传感器等提供有力支撑，并有效支撑用户对工程构件测试结果的分析与讨论。本专利技术由于采取以上技术方案，具有以下优点 1)可实现科学、合理的试验设计——开展工程构件环境适应性试验前，依据工程构件 的实际服役环境条件，通过与环境试验装置相对应的数值建模与仿真计算，实现对试验的预测，对各环境因素在测试控制程序中的设置与优化组合，得到工程构件在环境仓内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工程构件环境适应性试验系统，其特征在于，所述系统的装置包括工作室（箱体）、空气调节室、风道系统、淋雨系统、盐雾系统、气氛导入系统、光照系统、气压控制系统、力学加载系统、传感器系统及环境仓总控系统，该试验系统还包括仿真系统，其中的仿真模块与上述装置的各部分相对应，用于对上述装置进行综合控制及数值建模，该仿真系统还包括边界条件、初始条件、试验程序的输入接口，可实现工程构件环境适应性试验的仿真模拟。

【技术特征摘要】
1.ー种工程构件环境适应性试验系统，其特征在于，所述系统的装置包括工作室(箱体)、空气调节室、风道系统、淋雨系统、盐雾系统、气氛导入系统、光照系统、气压控制系统、力学加载系统、传感器系统及环境仓总控系统，该试验系统还包括仿真系统，其中的仿真模块与上述装置的各部分相对应，用于对上述装置进行综合控制及数值建模，该仿真系统还包括边界条件、初始条件、试验程序的输入接ロ，可实现工程构件环境适应性试验的仿真模拟。2.根据权利要求I所述的试验系统，其特征在于，所述空气调节室包括加热器、制冷压缩机、制冷蒸发器、加湿盘、除湿蒸发器、空气搅拌装置与进、出风ロ，所述工作室内空气经风道系统进入空气调节室的空气搅拌装置，进而实现调节空气的作用；所述空气调节室连接所述气压控制系统可实现气压调节功能，所述气压控制系统包括单级或多级真空泵、气体管路、以及气压表、气压阀等气压控制元件；所述空气调节室内还设气体导入孔，可以从气氛导入系统中进行污染气氛的导入，所述气氛导入系统包括气体导入控制元件、气体混合室、气瓶、导气管，与总控系统中的气氛浓度控制系统及用于气氛浓度监测的气氛传感器相结合，实现环境适应性试验中污染性气氛的定量模拟。3.根据权利要求I所述的试验系统，其特征在于，所述箱体包括外壳、保温材料层、内壁材料层、排水系统、风栅、风板、门、观察窗及照明装置，为环境适应性试验的执行空间，其与淋雨系统相接，通过淋雨系统的水管及喷嘴以实现淋雨模拟功能，其与盐雾系统相接，通过盐雾系统的盐水液槽及管路、盐雾喷嘴实现盐雾模拟功能，其与光照系统相接，通过选择合适的光源以实现红外、紫外或全光谱的模拟或加速模拟功能；另外箱体上设置加载孔，通过密封部件与力学加载系统相接，在进行环境适应性试验的同时可对エ件进行力学加载，实现环境模拟与力学加载的耦合。4.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于，所述箱体边界条件固定或可调，所述边界条件包括箱体形状及尺寸，内壁材料层、保温材料层及外壳的材质及厚度，送风速率与送风角度、送风ロ位置与尺寸等。5.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于，所述盐雾系统包括盐水温控元件、喷雾控制元件、盐水液槽及管路、盐雾喷嘴，所述盐雾喷嘴直接布置在所述工作室内，通过选择喷嘴种类...

【专利技术属性】
技术研发人员：金莹，文磊，孙冬柏，任学冲，孙凤艳，曹宗宝，王铭辉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：