[發明專利]一種單軸BREE解的實驗裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 201610098262.5
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105738223B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 鄭小濤;彭紅宇;喻九陽;徐建民;王成剛;林緯;汪威
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;楊曉燕

本發明公開了一種單軸BREE解的實驗裝置及其測試方法，實驗裝置主要包括高溫蠕變疲勞試驗機、上橫梁、下橫梁、試樣夾具、第一、第二桿件試樣、加熱爐、高溫位移傳感器、溫度控制器和測量系統，上橫梁和下橫梁固定在高溫蠕變疲勞試驗機上，上橫梁和下橫梁之間設置有兩個平行放置的試樣夾具，第一、第二桿件試樣固定在兩個試樣夾具上；第一、第二桿件試樣上設置有加熱爐及高溫位移傳感器，溫度控制器與第一、第二桿件試樣連接，測量系統與高溫蠕變疲勞試驗機連接。測試方法通過高溫位移傳感器測試桿件試樣的位移變形，得到塑性應變和循環次數的關系，從而得到結構安定極限。本發明可用于單軸載荷條件下及類似工況下結構的安定極限的測試和評估。

技術領域

本發明涉及單軸BREE解的測試領域，具體涉及一種單軸BREE解的實驗裝置及其測試方法，尤其適用于單軸載荷條件下及類似工況下結構的安定極限測試和評估。

背景技術

在機械載荷和交變的熱載荷組合載荷下，構件會產生永久積累的變形，這種現象一般稱為熱棘輪效應。熱棘輪是構件常見的失效模式之一。近年來，基于失效模式的分析設計方法逐漸被認可并推廣使用，限制棘輪失效的安定極限設計方法顯得日益迫切。很早以前Bree將薄壁圓筒簡化為單軸梁模型進一步闡述了熱棘輪變形機理，推導了循環熱—機載荷下薄壁圓筒安定極限載荷的理論公式，并建立了著名的Bree圖，其中，橫坐標為一次應力(周向應力)與初始屈服應力的比值，縱坐標為二次應力(熱應力)與初始屈服應力的比值，該圖至今仍是ASME鍋爐與壓力容器第Ⅲ卷和第Ⅷ卷第二分冊及EN13445-3非直接火壓力容器等規范評定薄壁圓筒熱棘輪的基本方法。

經典的BREE解為：

m_t＝4[1-m_p]0.5≤m_p≤1.0 (1)

m_t＝1/(m_p)0.0≤m_p≤0.5 (2)

其中m_t表示二次應力(熱應力)與初始屈服應力的比值，m_p表示一次應力(周向應力)與初始屈服應力的比值。

截止目前，承受循環熱機械載荷下結構的安定極限大多是數值模擬得到的，尚缺乏有效的實驗測試研究，而經典的BREE解是根據理想的彈塑性理論得到的，因此會偏于保守且沒有考慮實際情況下溫度對材料性能的影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有BREE解研究存在的上述不足，提供一種單軸BREE解的實驗裝置及其測試方法，用于測試單軸條件下循環熱機械載荷下結構的安定極限，為單軸載荷條件下及類似工況下結構的安定極限的測試和評估提供依據。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：

一種單軸BREE解的實驗裝置，主要包括高溫蠕變疲勞試驗機、上橫梁、下橫梁、試樣夾具、第一桿件試樣、第二桿件試樣、加熱爐、高溫位移傳感器、溫度控制器和測量系統，上橫梁和下橫梁通過支撐桿件鏈接并固定在高溫蠕變疲勞試驗機的夾具內，上橫梁和下橫梁之間設置有兩個平行放置的試樣夾具，第一桿件試樣、第二桿件試樣分別固定在兩個試樣夾具上；第一桿件試樣、第二桿件試樣上分別設置有一個加熱爐以及一個用來測試變形的高溫位移傳感器，溫度控制器通過熱電偶與第一桿件試樣、第二桿件試樣連接，測量系統與高溫蠕變疲勞試驗機連接、用于控制蠕變疲勞試驗機給第一桿件試樣和第二桿件試樣施加的載荷。

按上述方案，每個高溫位移傳感器包括一個上卡箍、一個下卡箍、兩根高溫引伸桿和兩個光柵位移傳感器，兩根高溫引伸桿連接上卡箍和下卡箍，兩個光柵位移傳感器分別對應設置在一根高溫引伸桿上。

按上述方案，所述支撐桿件的光潔度以及上橫梁、下橫梁的開孔表面和支撐桿件表面的光潔度保證支撐件在上橫梁、下橫梁之間上下自由伸縮，不約束熱膨脹。