專利名稱：疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，屬于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
材料發(fā)生疲勞破壞時(shí)，其所承受的荷載作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料強(qiáng)度。大量研究表明，周期性荷載作用下，材料內(nèi)部裂紋的出現(xiàn)與開展，是導(dǎo)致其失效的關(guān)鍵原因。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了驗(yàn)算承載力極限狀態(tài)以及正常使用極限狀態(tài)外，對(duì)于承受動(dòng)荷載或者周期荷載的構(gòu)件進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，而后者的關(guān)鍵，在于給定循環(huán)周期數(shù)時(shí)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，而這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，均要通過(guò)試驗(yàn)研究確定，即便是有限元程序計(jì)算，其計(jì)算依據(jù)同樣建立在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上。疲勞試驗(yàn)的主要研究目的，是探索材料、結(jié)構(gòu)在周期性荷載作用下的性能，其包括初始裂紋的識(shí)別、裂紋的發(fā)展、疲勞破壞準(zhǔn)則及其破壞形態(tài)。不同階段采用不同的檢測(cè)手段，有利于客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確地描述不同結(jié)構(gòu)在疲勞荷載作用下的性能。在過(guò)去的幾十年里，材料的單軸疲勞試驗(yàn)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，并將成果編入規(guī)范。而隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑、橋梁大規(guī)模應(yīng)用，新的疲勞問(wèn)題逐漸體現(xiàn)出來(lái)，尤其是大跨纜索支承橋梁中鋼箱梁，由于其采用全焊結(jié)構(gòu)，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(qū)域材料的疲勞問(wèn)題均需要新的疲勞試驗(yàn)解決。在一般的疲勞試驗(yàn)研究中，循環(huán)荷載的周期數(shù)很容易獲得；而隨著無(wú)損探傷技術(shù)研究的逐步深入，準(zhǔn)確檢測(cè)疲勞裂紋的形態(tài)以及位置的可行性越來(lái)越高，盡管此類技術(shù)目前還有待完善，且儀器設(shè)備的使用多受人為主觀因素的控制；然而如何讓判斷結(jié)構(gòu)/構(gòu)件在經(jīng)歷一段時(shí)間的周期荷載后是否還可以繼續(xù)承受荷載，目前在已公開的文獻(xiàn)中，幾乎都各執(zhí)己見(jiàn)。絕大多數(shù)學(xué)者均將裂紋的深度、寬度或者分布形態(tài)、數(shù)目作為判別標(biāo)準(zhǔn)，故存在著以下幾個(gè)問(wèn)題
1.評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不唯一，針對(duì)不同的構(gòu)件，評(píng)判原則也不同，不利于系統(tǒng)的試驗(yàn)研究；
2.即使評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)固定，評(píng)定的手段/方法受人為因響影響明顯，導(dǎo)致最后結(jié)論(循環(huán)次數(shù))的離散型較大；
3.目前通常采用應(yīng)變片/正弦式應(yīng)變儀測(cè)定結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的應(yīng)力，通過(guò)測(cè)定個(gè)別點(diǎn)的應(yīng)變以獲取結(jié)構(gòu)的名義應(yīng)力，其量測(cè)技術(shù)本身具有較大的誤差。此外，在焊縫區(qū)域，尤其是角焊縫區(qū)域，由于殘余應(yīng)力及初始缺陷的存在，當(dāng)疲勞荷載為周期性彎矩時(shí)，其疲勞破壞位置尚未確定，采用傳統(tǒng)的判定方式，同樣造成較大的誤差。綜上所述，在疲勞試驗(yàn)中，采用一種離散程度小、應(yīng)力測(cè)定覆蓋面廣的疲勞試驗(yàn)臨界破壞判定方法(臨界狀態(tài)及其相應(yīng)的疲勞應(yīng)力)，在系統(tǒng)研究材料、結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)中具有十分重要的意義
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，與傳統(tǒng)的無(wú)損探傷相比，該方法更注重宏觀層面控制，且檢測(cè)的離散度受人為主觀因素影響較少，此外該方法操作簡(jiǎn)便，有利于提高疲勞試驗(yàn)的效率。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，對(duì)進(jìn)行疲勞破壞試驗(yàn)的待檢試件作臨界破壞判斷，首先，在待檢試件的表面設(shè)置用于待檢試件臨界破壞判斷的應(yīng)變片，該應(yīng)變片為銅絲網(wǎng)或者銅箔,所述銅絲網(wǎng)或者銅箔通過(guò)高效絕緣黏貼劑粘貼在待檢試件的表面；接著對(duì)待檢試件進(jìn)行疲勞破壞試驗(yàn)，通過(guò)銅絲網(wǎng)或者銅箔的破壞性判斷進(jìn)行待檢試件的疲勞破壞判斷。所述銅絲網(wǎng)粘貼在待檢試件表面的方法為分別在待檢試件因疲勞破壞試驗(yàn)而產(chǎn)生主應(yīng)力的垂直方向和平行方向?qū)?yīng)地設(shè)置橫向銅絲、縱向銅絲，以在待檢試件表面鋪設(shè) 銅絲網(wǎng)，且縱向銅絲直接粘貼在待檢試件的表面，同時(shí)橫向銅絲、縱向銅絲的交接處直接粘結(jié)；所述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。銅箔粘貼在待檢試件表面的方法為直接將銅箔粘貼在待檢試件表面，且銅箔的長(zhǎng)度方向與待檢試件因疲勞破壞試驗(yàn)而產(chǎn)生主應(yīng)力平行方向一致，且銅箔的長(zhǎng)度方向邊緣沒(méi)出待檢試件表面的邊緣。銅箔的破壞性判斷方法為將銅箔長(zhǎng)度方向的兩端分別與一連接擴(kuò)展槽連接，兩連接擴(kuò)展槽通過(guò)導(dǎo)線與檢測(cè)設(shè)備、外接電源串聯(lián)，該檢測(cè)設(shè)備能夠監(jiān)控銅箔、連接擴(kuò)展槽、檢測(cè)設(shè)備、外接電源所構(gòu)成的封閉串聯(lián)回路的電流或者電壓信號(hào)。所述檢測(cè)設(shè)備為電流表或者電壓表。所述高效絕緣黏貼劑為環(huán)氧乙烯。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
本發(fā)明是一種離散程度小、應(yīng)力測(cè)定覆蓋面廣的疲勞試驗(yàn)臨界破壞判定方法(臨界狀態(tài)及其相應(yīng)的疲勞應(yīng)力)，在系統(tǒng)研究材料、結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)中具有十分重要的意義。同時(shí)，本發(fā)明與傳統(tǒng)的無(wú)損探傷相比，更注重宏觀層面控制，且檢測(cè)的離散度受人為主觀因素影響較少，此外該方法操作簡(jiǎn)便，有利于提高疲勞試驗(yàn)的效率。


圖I是粘結(jié)有銅猜的待檢試件結(jié)構(gòu)不意 圖2是銅箔未斷裂前圖I所述待檢試件進(jìn)行破壞性試驗(yàn)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)示意 圖3是對(duì)應(yīng)于圖2的電路原理 圖4是銅箔斷裂時(shí)圖I所述待檢試件進(jìn)行破壞性試驗(yàn)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)示意 圖5是對(duì)應(yīng)于圖4的電路原理 其中待檢試件I ;銅箔2 ;高效絕緣黏貼劑3 ;導(dǎo)線4 ;連接擴(kuò)展槽5。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
以下分別詳述本發(fā)明所涉及的兩個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例一、縱、橫向銅絲方案
應(yīng)變片測(cè)定結(jié)構(gòu)/構(gòu)件表面應(yīng)力時(shí)具有一定的離散型，這主要源于應(yīng)變片自身覆蓋面積的局限性；而應(yīng)變片的核心元件是一組環(huán)形的金屬絲；若將相同直徑的銅絲展開并縱、橫向交叉布置為網(wǎng)狀，以形成一個(gè)擴(kuò)大版的“應(yīng)變片”，即可解決上述問(wèn)題。試驗(yàn)表明，當(dāng)銅絲直徑很小(直徑小于O. 04mm)時(shí)，若結(jié)構(gòu)/構(gòu)件表面的應(yīng)力較大或內(nèi)部裂紋開展至表面時(shí)，銅絲即發(fā)生斷裂。此時(shí)，原結(jié)構(gòu)/構(gòu)件仍然可以一定次數(shù)的周期荷載，但在原頻率下，結(jié)構(gòu)所能承受的峰值應(yīng)力將逐漸下降，并在原周期數(shù)的29Γ5%后原結(jié)構(gòu)即發(fā)生材料性斷裂(結(jié)構(gòu)所能承受的荷載瞬間下滑)。此外，值得指出的是，當(dāng)銅絲斷裂時(shí)，若立刻停止疲勞試驗(yàn)，對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力試驗(yàn)，破壞時(shí)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力接近材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值，并高于名義疲勞應(yīng)力。
由此可以認(rèn)為，利用該方法(縱、橫向銅絲的斷裂與否判定疲勞試驗(yàn)的臨界狀態(tài))時(shí)，銅絲的斷裂應(yīng)力即為試件的名義疲勞應(yīng)力。值得指出的是，在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，與主應(yīng)力方向平行的銅絲(I類銅絲)應(yīng)直接粘貼在試件表面，而與主應(yīng)力垂直的銅絲〔II頭銅絲)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(gè)較小的預(yù)應(yīng)力，以確保其處于完全拉伸狀態(tài)與試件接觸。此外，銅絲的間距一般依據(jù)實(shí)際情況而定，通常情況下，取試件短邊長(zhǎng)度的1/1(Γ1/15為宜?？v、橫向銅絲方案主要適用于試件尺寸較小，且試件目標(biāo)位置應(yīng)力狀態(tài)較為單一。由于銅絲的斷裂與否需要通過(guò)肉眼判斷(現(xiàn)象本身十分顯著)，當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，銅絲可能出現(xiàn)多條同時(shí)斷裂或者銅絲扭曲，影響實(shí)驗(yàn)的精度。實(shí)施例2、銅箔方案
當(dāng)試件的尺寸較小且應(yīng)力狀態(tài)較為簡(jiǎn)單時(shí)，采用縱橫向銅絲往往可以取得較為滿意的結(jié)果。然而當(dāng)試件的尺寸較大或試件目標(biāo)檢測(cè)位置的應(yīng)力狀態(tài)較為復(fù)雜時(shí)，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(shí)，即可很好的解決這一問(wèn)題。與銅絲一樣，銅箔通過(guò)絕緣的高效黏貼劑與目標(biāo)試件相連，結(jié)構(gòu)如圖I所示，且銅箔的長(zhǎng)度方向大于試件的寬度(本質(zhì)為伸出試件邊緣)，并在銅箔兩端設(shè)有連接擴(kuò)展槽作為電極，連接擴(kuò)展槽的底部設(shè)有導(dǎo)線，與相關(guān)檢測(cè)設(shè)備、外接電源相連以形成一個(gè)封閉回路，結(jié)構(gòu)如圖2、圖4所示。在試驗(yàn)過(guò)程中，銅箔的整體變形較小，回路的電流或銅箔兩端的電壓較為穩(wěn)定，此時(shí)電路原理圖如圖3所示；當(dāng)試件表面的局部應(yīng)力大于銅箔的極限應(yīng)力或試件表面出現(xiàn)裂紋時(shí)，銅箔即發(fā)生局部破裂，此時(shí)，回路電流或擴(kuò)展槽兩端電壓將發(fā)生一個(gè)突變，無(wú)論是人肉觀察還是計(jì)算機(jī)均可迅速識(shí)別或捕捉這一反應(yīng)，此時(shí)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(shè)置一定的預(yù)應(yīng)力；與銅絲不同略有不同的是，銅箔兩端的連接擴(kuò)展槽具有較大的剛度，可以通過(guò)特定的工具，使銅箔具有固定的預(yù)應(yīng)力值。此外不得不指出的是，銅箔的整體性較銅絲好，對(duì)黏貼的平整性要求也較高，若黏貼過(guò)程中存在著空隙或氣泡，會(huì)使得試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大的波動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，對(duì)進(jìn)行疲勞破壞試驗(yàn)的待檢試件作臨界破壞判斷，其特征在于，首先，在待檢試件的表面設(shè)置用于待檢試件臨界破壞判斷的應(yīng)變片，該應(yīng)變片為銅絲網(wǎng)或者銅箔，所述銅絲網(wǎng)或者銅箔通過(guò)高效絕緣黏貼劑粘貼在待檢試件的表面；接著對(duì)待檢試件進(jìn)行疲勞破壞試驗(yàn)，通過(guò)銅絲網(wǎng)或者銅箔的破壞性判斷進(jìn)行待檢試件的疲勞破壞判斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，其特征在于，所述銅絲網(wǎng)粘貼在待檢試件表面的方法為分別在待檢試件因疲勞破壞試驗(yàn)而產(chǎn)生主應(yīng)力的垂直方向和平行方向?qū)?yīng)地設(shè)置橫向銅絲、縱向銅絲，以在待檢試件表面鋪設(shè)銅絲網(wǎng)，且縱向銅絲直接粘貼在待檢試件的表面，同時(shí)橫向銅絲、縱向銅絲的交接處直接粘結(jié)；所述各橫向銅絲間距為待檢試件短邊的1/1(Γ /15，各縱向銅絲間距為待檢試件短邊的1/1(Γ /15。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，其特征在于，銅箔粘貼在待檢試件表面的方法為直接將銅箔粘貼在待檢試件表面，且銅箔的長(zhǎng)度方向與待檢試件因疲勞破壞試驗(yàn)而產(chǎn)生主應(yīng)力平行方向一致，且銅箔的長(zhǎng)度方向邊緣沒(méi)出待檢試件表面的邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，其特征在于，銅箔的破壞性判斷方法為將銅箔長(zhǎng)度方向的兩端分別與一連接擴(kuò)展槽連接，兩連接擴(kuò)展槽通過(guò)導(dǎo)線與檢測(cè)設(shè)備、外接電源串聯(lián)，該檢測(cè)設(shè)備能夠監(jiān)控銅箔、連接擴(kuò)展槽、檢測(cè)設(shè)備、外接電源所構(gòu)成的封閉串聯(lián)回路的電流或者電壓信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，其特征在于，所述檢測(cè)設(shè)備為電流表或者電壓表。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，其特征在于，所述高效絕緣黏貼劑為環(huán)氧乙烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種疲勞試驗(yàn)臨界破壞的判斷方法，對(duì)進(jìn)行疲勞破壞試驗(yàn)的待檢試件作臨界破壞判斷，首先，在待檢試件的表面設(shè)置用于待檢試件臨界破壞判斷的應(yīng)變片，該應(yīng)變片為銅絲網(wǎng)或者銅箔，所述銅絲網(wǎng)或者銅箔通過(guò)高效絕緣黏貼劑粘貼在待檢試件的表面；接著對(duì)待檢試件進(jìn)行疲勞破壞試驗(yàn)，通過(guò)銅絲網(wǎng)或者銅箔的破壞性判斷進(jìn)行待檢試件的疲勞破壞判斷。因此，本發(fā)明與傳統(tǒng)的無(wú)損探傷相比，該方法更注重宏觀層面控制，且檢測(cè)的離散度受人為主觀因素影響較少，此外該方法操作簡(jiǎn)便，有利于提高疲勞試驗(yàn)的效率。
文檔編號(hào)G01N3/06GK102706743SQ20121017664
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉榮, 吉伯海, 徐聲亮, 田圓 申請(qǐng)人:河海大學(xué)