[發(fā)明專利]一種用于粘彈性材料彎曲疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110230591.8
• 申請(qǐng)日: 2011-08-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102359908A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 虞將苗;張肖寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/02
• 分類號(hào): G01N3/02;G01N3/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種用于粘彈性材料彎曲疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

在進(jìn)行粘彈性材料的彎曲疲勞試驗(yàn)時(shí)，通常需要采用專門(mén)的試驗(yàn)夾具夾緊梁式試件。然而，在疲勞測(cè)試過(guò)程中由于測(cè)試材料本身的粘彈（或粘彈塑）特性，會(huì)導(dǎo)致梁式試件在夾具夾持位置及附近區(qū)域產(chǎn)生一定的累計(jì)蠕變變形。若試件的蠕變變形量過(guò)大，則會(huì)與假定的力學(xué)計(jì)算模型相不符，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的試驗(yàn)結(jié)果。因而，在粘彈性材料的彎曲疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，如何控制夾具的夾持力以減小試件的蠕變變形量則非常關(guān)鍵。

以瀝青混合料小梁四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)為例，雖然相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程（如美國(guó)的AASHTO?T321-07和ASTM?D?7460-08標(biāo)準(zhǔn)）均對(duì)其測(cè)試方法的其他方面都做出了詳細(xì)規(guī)定，但對(duì)于試件夾具的夾持力大小則均為提及。夾持力的大小主要與控制每個(gè)夾頭松緊程度的步進(jìn)電機(jī)的電流強(qiáng)弱有關(guān)。通常，夾具生產(chǎn)廠家會(huì)將夾緊狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)電流控制在以輸出夾持力為500N為準(zhǔn)，以此作為標(biāo)準(zhǔn)夾持力而無(wú)法調(diào)整或僅允許手工調(diào)整。在一般情況下，固定的夾持力能夠滿足常規(guī)的試驗(yàn)要求。然而，當(dāng)在測(cè)試一些較軟的瀝青材料或者測(cè)試溫度較高時(shí)，就容易使試件在夾緊位置及附近區(qū)域產(chǎn)生過(guò)大的蠕變變形，而影響試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整夾具夾持力以減少粘彈性材料在彎曲疲勞試驗(yàn)時(shí)夾頭位置的蠕變變形的試驗(yàn)控制系統(tǒng)，同時(shí)提供該試驗(yàn)控制系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)和可靠。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案為：一種用于粘彈性材料彎曲疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)控制系統(tǒng)，包括測(cè)試件、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和連接于測(cè)試件與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間的夾緊控制裝置，還包括用于調(diào)整夾緊控制裝置對(duì)測(cè)試件夾持力大小的調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置連接在夾緊控制裝置與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間。

進(jìn)一步的，所述夾緊控制裝置包括步進(jìn)電機(jī)、升降螺桿、測(cè)試件夾頭、位移傳感器、位移傳感器支架、傳力框架、力傳感器、動(dòng)力系統(tǒng)；調(diào)整裝置為設(shè)有調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊；升降螺桿連接在步進(jìn)電機(jī)和測(cè)試件夾頭之間，步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊相連，測(cè)試件夾頭夾住測(cè)試件，傳力框架下端與測(cè)試件夾頭連接，上端與力傳感器相連，力傳感器與動(dòng)力系統(tǒng)相連；位移傳感器固定在位移傳感器支架上，位移傳感器支架的端部與測(cè)試件表面接觸，步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊、位移傳感器、力傳感器和動(dòng)力系統(tǒng)均與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試件夾頭設(shè)置有多個(gè)，傳力框架下端與兩個(gè)試件夾頭鉸接。

進(jìn)一步的，所述調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)采用接觸式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明的第二個(gè)技術(shù)方案為：

一種用于粘彈性材料彎曲疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

步驟1：夾緊控制裝置夾住測(cè)試件；

步驟2：通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以極小的彎曲應(yīng)變啟動(dòng)彎曲疲勞試驗(yàn)，在加載初期確定測(cè)試件材料的初始勁度模量值，此時(shí)以盡量小的試件初期損傷下得到初始勁度模量值為準(zhǔn)；

步驟3：由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將初始勁度模量值按比例轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸入調(diào)整裝置，從而調(diào)整夾緊控制裝置夾持測(cè)試件的夾持力；

步驟4：在設(shè)定的疲勞試驗(yàn)加載模式下，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按一定間隔采集衰減了的勁度模量值，作為反饋信號(hào)輸入調(diào)整裝置對(duì)夾緊控制裝置夾持測(cè)試件的夾持力進(jìn)行調(diào)整；

步驟5：由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)試件的性能狀態(tài)，在達(dá)到設(shè)定的破壞標(biāo)準(zhǔn)后，停止疲勞試驗(yàn)，輸入反向電信號(hào)，將夾緊控制裝置回位至初始狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述夾緊控制裝置包括步進(jìn)電機(jī)、升降螺桿、測(cè)試件夾頭、位移傳感器、位移傳感器支架、傳力框架、力傳感器、動(dòng)力系統(tǒng)；調(diào)整裝置為設(shè)有調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊；升降螺桿連接在步進(jìn)電機(jī)和測(cè)試件夾頭之間，步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊相連，測(cè)試件夾頭夾住測(cè)試件，傳力框架下端與測(cè)試件夾頭連接，上端與力傳感器相連，力傳感器與動(dòng)力系統(tǒng)相連；位移傳感器固定在位移傳感器支架上，位移傳感器支架的端部與測(cè)試件表面接觸，步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊、位移傳感器、力傳感器和動(dòng)力系統(tǒng)均與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連；所述步驟1為將測(cè)試件放入測(cè)試件夾頭中，打開(kāi)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)以小于25N的接觸力夾持住測(cè)試件。