[發(fā)明專利]一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111661344.3
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114323998A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張劍;劉永亮;韓宇棟;宋濤文
• 申請（專利權(quán)）人: 中冶建筑研究總院有限公司;吉林大學(xué);北京紐維遜建筑工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 沈陽一諾君科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21266
• 代理人: 劉麗娟

1.一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

平臺總成，用于夾持待測試的試件；加載總成和測量總成安裝于所述平臺總成上；

加載總成，用于對裝夾于平臺總成上的試件施加作用力；

測量總成，用于測量試件在受到加載總成所施加的作用力后的撓度；

溫控裝置，用于提供試件測試所需的溫度環(huán)境；

材料測試控制裝置，用于通過所述加載總成向試件的兩端施加作用力的數(shù)值和測量總成所測得的撓度的數(shù)值，基于一定的力學(xué)原理計算得出試件抗彎性能與疲勞性能的相關(guān)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺總成還包括：

基座；

第一轉(zhuǎn)動夾具，用于夾持待測試的試件；

支架，設(shè)置在所述基座上；

線性導(dǎo)軌，所述加載總成滑動設(shè)置在所述線性導(dǎo)軌上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述加載總成包括加載臂和第二轉(zhuǎn)動夾具。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量總成包括：

試件橫梁；當檢測試件在受到加載總成所施加的作用力后的撓度時，所述試件橫梁通過螺絲固定在試件的表面；

位移傳感器，設(shè)置在所述試件橫梁上，用于檢測試件中心在受到加載總成所施加的作用力后的撓度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述位移傳感器的分辨率為0.001mm、使用環(huán)境溫度為-40℃～100℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述位移傳感器選用磁致伸縮位移傳感器或線性可變差動器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺總成和加載總成的材質(zhì)為奧氏體不銹鋼或高鉻鋼。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的系統(tǒng)，其特征在于：

根據(jù)經(jīng)典梁理論，由加載總成對試件施加的作用力F與測量總成所測量的撓度Δ，按下述公式計算試件的應(yīng)力σ_t與應(yīng)變ε_t：

式中：L為試件的凈跨長度，b為試件的寬度，h為試件的高度；

情況1：墊層材料的抗彎性能測試

一般采用位移控制模式，以獲得梁在彎曲變形下的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，從而得到材料的抗彎強度f_b，抗彎模量E_b以及其他力學(xué)參數(shù)

情況2：墊層材料的疲勞性能測試

根據(jù)材料的性能特點，試驗室的疲勞測試可以采用應(yīng)力控制模式或應(yīng)變控制模式，加載荷載可以采用周期性正弦波或三角波函數(shù)以應(yīng)力控制為例，一般需要確定循環(huán)加載過程中最大應(yīng)力σ_max，最小應(yīng)力σ_min，和加載頻率ω其他疲勞加載參數(shù)，如應(yīng)力變程Δσ，應(yīng)力幅值σ_a，平均應(yīng)力σ_m，應(yīng)力比R等，可以由上述三個參數(shù)推導(dǎo)得出，如下述方程所示：

Δσ＝σ_max-σ_min

通過材料測試控制裝置獲得疲勞測試過程中的作用力F與撓度Δ的實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過一系列擬合和前述應(yīng)力應(yīng)變公式，可得到實際的應(yīng)力幅值σ_a，應(yīng)變幅值ε_a，以及滯后角；定義動態(tài)模量E_d、耗散能W_d如下，以表征疲勞過程中的參數(shù)變化：

W_d＝πσ_aε_a sinδ。

9.一種用于測試墊層材料抗彎性能和疲勞性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

將試件裝夾于平臺總成上；加載總成和測量總成安裝于所述平臺總成上；

將裝夾好試件的平臺總成轉(zhuǎn)移到溫控裝置內(nèi)；

材料測試控制裝置通過加載總成向試件的兩端施加作用力；

通過測量總成測量試件在受到加載總成所施加的作用力后的撓度；

材料測試控制裝置根據(jù)所施加的作用力的數(shù)值及測量總成所測得的撓度的數(shù)值，基于一定的力學(xué)原理，計算得出試件的抗彎性能與疲勞性能。