[发明专利]一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置及方法

权利要求书

1.一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，其特征在于，包括机架(12)，带焊缝的试件(14)一端固定在机架(12)上，另一端悬臂；所述试件(14)的悬臂端分别设置有沿焊缝轴向施加载荷的动力系统(2)、应力调控系统(3)，所述应力调控系统(3)根据动力系统(2)施加载荷而施加用于抵消焊缝轴向所受弯矩的力；在所述试件(14)的悬臂端上方设有安装架(13)，所述动力系统(2)及应力调控系统(3)的一端分别与安装架(13)连接，另一端分别与试件(14)的悬臂端连接；所述试件(14)连接有用于检测焊缝应力的光纤检测系统(4)，所述机架(12)的一侧设有用于监测焊缝应力变化的可视化监测系统(5)，所述动力系统(2)、应力调控系统(3)、光纤检测系统(4)、可视化监测系统(5)分别与PLC集成系统(6)连接；所述应力调控系统(3)包括与试件(14)的悬臂端连接的弹簧(31)，所述弹簧(31)的另一端与第二滑块(33)连接，所述第二滑块(33)设置于安装架(13)上并可带动弹簧(31)沿安装架(13)移动；

所述动力系统(2)包括设置于试件(14)悬臂端两侧的固定件(21)，固定件(21)上固定有沿焊缝轴向振动的振动电机(23)，所述振动电机(23)通过固定件(21)将振动传递于试件(14)上；所述安装架(13)上设置有沿安装架(13)移动的第一滑块(25)，所述振动电机(23)的另一端与第一滑块(25)连接，并随第一滑块(25)移动。

2.根据权利要求1所述的动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，其特征在于，所述试件(14)悬臂端两侧的固定件(21)上设有用于调整并固定两侧固定件(21)相对位置的调节器。

3.根据权利要求1所述的动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，其特征在于，所述可视化监测系统(5)包括用于拍摄试件(14)焊缝开裂过程的摄像机(51)，所述摄像机(51)安装于伸缩架(52)上；所述伸缩架(52)与PLC集成系统(6)连接，根据PLC集成系统(6)信号进行高度调节。

4.根据权利要求3所述的动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，其特征在于，所述PLC集成系统(6)包括设备管理模块(61)、PLC系统(62)、可视化管理模块(63)；所述设备管理模块(61)包括分别与光纤检测系统(4)连接的循环荷载测试系统(612)及光纤应变测试系统(613)、与伸缩架(52)连接的机架调整系统(614)；所述PLC系统(62)包括与动力系统(2)连接的PLC1(621)、与光纤应变测试系统(613)及机架调整系统(614)连接的PLC2(622)；所述可视化管理模块(63)包括与摄像机(51)连接用于记录焊缝产生裂纹过程的监控视频(631)、分别与动力系统(2)连接用于记录参数的应力时程(632)、荷载循环次数记录(633)、裂纹扩展记录与预测(634)。

5.一种权利要求1所述动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)试验前，组装试验装置，根据试验要求的剪应力值V、动力系统(2)及应力调控系统(3)分别距离焊缝的垂直位移L₁、L₂，由式(1)计算动力系统(2)所需施加的载荷F，然后根据式(2)确定应力调控系统(3)需施加的反作用力T；

F×L₁＝T×L₂ 式(2)

(S2)启动动力系统(2)施加载荷F，测量悬臂端产生的自由竖向位移S；由T与S的关系确定应力调控系统(3)的试验参数，使应力调控系统(3)根据悬臂端产生的自由竖向位移施加相应的反作用力以消除弯矩；同时，开启光纤检测系统(4)检测焊缝所受应力，反馈至PLC集成系统(6)，PLC集成系统(6)根据检测结果调整动力系统(2)的加载频率与位置，使焊缝受到纯剪应力；

(S3)开始试验，动力系统(2)施加轴向载荷，应力调控系统(3)施加相应的反作用力；光纤检测系统(4)检测剪应力值，可视化监测系统(5)实时监测焊缝裂纹扩展过程，PLC集成系统(6)对动力系统(2)、应力调控系统(3)、光纤检测系统(4)及可视化监测系统(5)传递的信息进行处理与保存；

(S4)关闭试验装置，试验结束。