[发明专利]一种恒定、疲劳应力试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种恒定、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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下技术方案。

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。