[发明专利]复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统及实验方法，其中实验系统包括环境模拟装置、加载装置、测试装置、地锚装置和控制终端，所述环境模拟装置、加载装置和测试装置均与控制终端连接，所述环境模拟装置、加载装置和测试装置均设置于地锚装置上；所述环境模拟装置包括至少一个试验舱，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。本发明能够实现多种复杂环境与(随机)荷载耦合作用下不同足尺结构和模型的环境疲劳/耐久性实验，通用性好，适用范围广。

技术领域

本发明涉及疲劳及耐久性实验技术领域，具体涉及一种复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统及方法。

背景技术

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，开展模拟其服役环境与荷载耦合/共同作用下的结构疲劳/耐久性加速实验，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与恒幅循环载荷的耦合/共同加载，无法实现多环境因素的任意组合及其转换；

3)无法实现≤-60℃低温环境的模拟和控制；

4)加载方式单调，一般只能进行恒幅的弯曲疲劳实验；

5)无法实现如桥梁、深海平台、港口、水坝、舰船、航空器等结构物所承受的随机载荷作用下的环境疲劳/耐久性实验；

6)无法实现在复杂环境下对试件表面形貌、疲劳裂纹萌生和扩展量的在线测量。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统。此复杂环境下结构疲劳/耐久性实验系统可适合多环境下的环境疲劳/耐久性实验，便于实验数据的长期连续测试，且精确度高。

同时，本发明的另一发明目的为提供复杂环境下结构疲劳/耐久性实验方法。

本发明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，包括环境模拟装置、加载装置、测试装置、地锚装置和控制终端，所述环境模拟装置、加载装置和测试装置均与控制终端连接，所述环境模拟装置、加载装置和测试装置均设置于地锚装置上；所述环境模拟装置包括至少一个试验舱，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。