疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置的製作方法

2023-10-10 13:09:49 1

專利名稱：疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，屬於結構試驗領域。
背景技術：
材料發生疲勞破壞時，其所承受的荷載作用遠遠低於材料強度。大量研究表明，周期性荷載作用下，材料內部裂紋的出現與開展，是導致其失效的關鍵原因。因此，在結構設計時，除了驗算承載力極限狀態以及正常使用極限狀態外，對於承受動荷載或者周期荷載的構件進行疲勞驗算，而後者的關鍵，在於給定循環周期數時，結構的設計強度，而這兩個關鍵參數，均要通過試驗研究確定，即便是有限元程序計算，其計算依據同樣建立在實驗研究的基礎上。
疲勞試驗的主要研究目的，是探索材料、結構在周期性荷載作用下的性能，其包括初始裂紋的識別、裂紋的發展、疲勞破壞準則及其破壞形態。不同階段採用不同的檢測手段，有利於客觀、真實、準確地描述不同結構在疲勞荷載作用下的性能。在過去的幾十年裡，材料的單軸疲勞試驗已取得了長足的進展，並將成果編入規範。而隨著鋼結構建築、橋梁大規模應用，新的疲勞問題逐漸體現出來，尤其是大跨纜索支承橋梁中鋼箱梁，由於其採用全焊結構，焊縫間距小，焊腳尺寸大，且直接承受車輛荷載作用，焊縫及其附近區域材料的疲勞問題均需要新的疲勞試驗解決。在一般的疲勞試驗研究中，循環荷載的周期數很容易獲得；而隨著無損探傷技術研究的逐步深入，準確檢測疲勞裂紋的形態以及位置的可行性越來越高，儘管此類技術目前還有待完善，且儀器設備的使用多受人為主觀因素的控制；然而如何讓判斷結構/構件在經歷一段時間的周期荷載後是否還可以繼續承受荷載，目前在已公開的文獻中，幾乎都各執己見。絕大多數學者均將裂紋的深度、寬度或者分布形態、數目作為判別標準，故存在著以下幾個問題I. 評定標準不唯一，針對不同的構件，評判原則也不同，不利於系統的試驗研究;2. 即使評判標準固定，評定的手段/方法受人為因響影響明顯，導致最後結論(循環次數)的離散型較大；3.目前通常採用應變片/正弦式應變儀測定結構/構件的應力，通過測定個別點的應變以獲取結構的名義應力，其量測技術本身具有較大的誤差。此外，在焊縫區域，尤其是角焊縫區域，由於殘餘應力及初始缺陷的存在，當疲勞荷載為周期性彎矩時，其疲勞破壞位置尚未確定，採用傳統的判定方式，同樣造成較大的誤差。綜上所述，在疲勞試驗中，採用一種離散程度小、應力測定覆蓋面廣的疲勞試驗臨界破壞判定方法(臨界狀態及其相應的疲勞應力)，在系統研究材料、結構/構件的疲勞試驗中具有十分重要的意義。
實用新型內容本實用新型針對現有技術的不足，提供一種疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，與傳統的無損探傷相比，該裝置更注重宏觀層面控制，且檢測的離散度受人為主觀因素影響較少，該裝置操作簡便，有利於提高疲勞試驗的效率。為實現以上的技術目的，本實用新型將採取以下的技術方案一種疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，對進行疲勞破壞試驗的待檢試件作臨界破壞判斷，該待檢試件的表面設置有用於待檢試件臨界破壞判斷的應變片，所述應變片為銅絲網或者銅箔，所述銅絲網或者銅箔通過高效絕緣黏貼劑粘貼在待檢試件的表面。銅絲網由橫向銅絲、縱向銅絲鋪設而成，且橫向銅絲、縱向銅絲的鋪設部位分別與待檢試件因疲勞破壞試驗而產生主應カ的垂直方向、平行方向相對應，所述縱向銅絲直接粘貼在待檢試件的表面，橫向銅絲、縱向銅絲的交接處直接粘結，且橫向銅絲、縱向銅絲均呈拉伸狀態；各橫向銅絲間距為待檢試件短邊的1/1(Γ1/15，各縱向銅絲間距為待檢試件 短邊的1/10 1/15。所述銅箔直接粘貼在待檢試件表面，且銅箔的長度方向與待檢試件因疲勞破壞試驗而產生主應カ平行方向一致，同時銅箔的長度方向邊緣沒出待檢試件表面的邊緣。銅箔長度方向的兩端分別與ー連接擴展槽連接，兩連接擴展槽通過導線與檢測設備、外接電源串聯，該檢測設備能夠監控銅箔、連接擴展槽、檢測設備、外接電源所構成的封閉串聯迴路的電流或者電壓信號。所述檢測設備為電流表或者電壓表。所述高效絕緣黏貼劑為環氧こ烯。根據以上的技術方案，可以實現以下的有益效果本實用新型是ー種離散程度小、應カ測定覆蓋面廣的疲勞試驗臨界破壞判定方法(臨界狀態及其相應的疲勞應力)，在系統研究材料、結構/構件的疲勞試驗中具有十分重要的意義。同時，本實用新型與傳統的無損探傷相比，更注重宏觀層面控制，且檢測的離散度受人為主觀因素影響較少，此外該方法操作簡便，有利於提高疲勞試驗的效率。

圖I是粘結有銅猜的待檢試件結構不意圖；圖2是銅箔未斷裂前圖I所述待檢試件進行破壞性試驗檢測的結構示意圖；圖3是對應於圖2的電路原理圖；圖4是銅箔斷裂時圖I所述待檢試件進行破壞性試驗檢測的結構示意圖；圖5是對應於圖4的電路原理圖；其中待檢試件I ;銅箔2 ;高效絕緣黏貼劑3 ;導線4 ;連接擴展槽5。
具體實施方式
附圖非限制性地公開了本實用新型所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本實用新型的技術方案。以下分別詳述本實用新型所涉及的兩個實施例。實施例一、縱、橫向銅絲方案[0031]應變片測定結構/構件表面應力時具有一定的離散型，這主要源於應變片自身覆蓋面積的局限性；而應變片的核心元件是一組環形的金屬絲；若將相同直徑的銅絲展開並縱、橫向交叉布置為網狀，以形成一個擴大版的「應變片」，即可解決上述問題。試驗表明，當銅絲直徑很小(直徑小於O. 04mm)時，若結構/構件表面的應力較大或內部裂紋開展至表面時，銅絲即發生斷裂。此時，原結構/構件仍然可以一定次數的周期荷載，但在原頻率下，結構所能承受的峰值應力將逐漸下降，並在原周期數的29Γ5%後原結構即發生材料性斷裂(結構所能承受的荷載瞬間下滑)。此外，值得指出的是，當銅絲斷裂時，若立刻停止疲勞試驗，對原結構進行承載力試驗，破壞時結構的最大應力接近材料強度的設計值，並高於名義疲勞應力。由此可以認為，利用該方法(縱、橫向銅絲的斷裂與否判定疲勞試驗的臨界狀態)時，銅絲的斷裂應力即為試件的名義疲勞應力。值得指出的是，在試驗準備階段，與主應力方向平行的銅絲(I類銅絲)應直接粘貼在試件表面，而與主應力垂直的銅絲(Π類銅絲)則黏貼在試件或I類銅絲上。在銅絲的相交處不做額外處理，但銅絲在粘貼前必須施加一個較小的預應力，以確保其處於完全拉伸狀態與試件接觸。此外，銅絲的間距一般依據實際情況而定，通常情況下，取試件短邊長度的1/1(Γ1/15為宜。縱、橫向銅絲方案主要適用於試件尺寸較小，且試件目標位置應力狀態較為單一。由於銅絲的斷裂與否需要通過肉眼判斷(現象本身十分顯著)，當不滿足上述條件時，銅絲可能出現多條同時斷裂或者銅絲扭曲，影響實驗的精度。實施例2、銅箔方案當試件的尺寸較小且應力狀態較為簡單時，採用縱橫向銅絲往往可以取得較為滿意的結果。然而當試件的尺寸較大或試件目標檢測位置的應力狀態較為複雜時，縱、橫向銅絲方案的離散型逐漸增大。為此，若將銅箔代替銅絲時，即可很好的解決這一問題。與銅絲一樣，銅箔通過絕緣的高效黏貼劑與目標試件相連，結構如圖I所示，且銅箔的長度方向大於試件的寬度(本質為伸出試件邊緣)，並在銅箔兩端設有連接擴展槽作為電極，連接擴展槽的底部設有導線，與相關檢測設備、外接電源相連以形成一個封閉迴路，結構如圖2、圖4所示。在試驗過程中，銅箔的整體變形較小，迴路的電流或銅箔兩端的電壓較為穩定，此時電路原理圖如圖3所示；當試件表面的局部應力大於銅箔的極限應力或試件表面出現裂紋時，銅箔即發生局部破裂，此時，迴路電流或擴展槽兩端電壓將發生一個突變，無論是人肉觀察還是計算機均可迅速識別或捕捉這一反應，此時電路原理圖如圖5所示。與縱橫向銅絲方案相同，銅箔在黏貼前，需要設置一定的預應力；與銅絲不同略有不同的是，銅箔兩端的連接擴展槽具有較大的剛度，可以通過特定的工具，使銅箔具有固定的預應力值。 此外不得不指出的是，銅箔的整體性較銅絲好，對黏貼的平整性要求也較高，若黏貼過程中存在著空隙或氣泡，會使得試驗結果出現較大的波動。
權利要求1.一種疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，對進行疲勞破壞試驗的待檢試件作臨界破壞判斷，該待檢試件的表面設置有用於待檢試件臨界破壞判斷的應變片，其特徵在幹所述應變片為銅絲網或者銅箔，所述銅絲網或者銅箔通過高效絕緣黏貼劑粘貼在待檢試件的表面。
2.根據權利要求I所述疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，其特徵在於銅絲網由橫向銅絲、縱向銅絲鋪設而成，且橫向銅絲、縱向銅絲的鋪設部位分別與待檢試件因疲勞破壞試驗而產生主應カ的垂直方向、平行方向相對應，所述縱向銅絲直接粘貼在待檢試件的表面，橫向銅絲、縱向銅絲的交接處直接粘結，且橫向銅絲、縱向銅絲均呈拉伸狀態；各橫向銅絲間距為待檢試件短邊的1/1(Γ1/15，各縱向銅絲間距為待檢試件短邊的1/1(Γ1/15。
3.根據權利要求I所述疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，其特徵在於所述銅箔直接粘貼在待檢試件表面，且銅箔的長度方向與待檢試件因疲勞破壞試驗而產生主應カ平行方向一致，同時銅箔的長度方向邊緣沒出待檢試件表面的邊緣。
4.根據權利要求3所述疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，其特徵在於銅箔長度方向的兩端分別與ー連接擴展槽連接，兩連接擴展槽通過導線與檢測設備、外接電源串聯，該檢測設備能夠監控銅箔、連接擴展槽、檢測設備、外接電源所構成的封閉串聯迴路的電流或者電壓信號。
5.根據權利要求4所述疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，其特徵在於所述檢測設備為電流表或者電壓表。
6.根據權利要求I所述疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，其特徵在於所述高效絕緣黏貼劑為環氧こ烯。
專利摘要本實用新型公開了一種疲勞試驗臨界破壞的判斷裝置，對進行疲勞破壞試驗的待檢試件作臨界破壞判斷，該待檢試件的表面設置有用於待檢試件臨界破壞判斷的應變片，所述應變片為銅絲網或者銅箔，所述銅絲網或者銅箔通過高效絕緣黏貼劑粘貼在待檢試件的表面。因此，本實用新型與傳統的無損探傷相比，該裝置更注重宏觀層面控制，且檢測的離散度受人為主觀因素影響較少，該裝置操作簡便，有利於提高疲勞試驗的效率。
文檔編號G01N3/00GK202649024SQ20122025421
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者吉伯海, 劉榮, 徐聲亮, 田圓 申請人:河海大學