CN111413228A - 测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置及方法，包括步骤一：将钢丝穿过反力架的槽钢、液压千斤顶、传感器，通过锚具将钢丝与反力架固定在一起；同时钢丝穿过两个槽钢间的腐蚀容器；步骤二：通过向腐蚀容器内注入不同腐蚀溶液来开始腐蚀试验，通过控制管道的阀门与循环容器来实现周浸腐蚀，得到不同腐蚀程度的钢丝；步骤三：通过疲劳试验机及液压千斤顶对不同的钢丝施加不同的交变载荷进行疲劳拉伸，记录疲劳试验数据，绘制S‑N曲线，本发明基于传统的疲劳试验和腐蚀试验基础上开发，用于探索不同腐蚀溶剂对钢丝在腐蚀‑疲劳耦合作用下的疲劳性能的影响，为实际索缆结构的寿命评估打下基础。
Description
技术领域
本发明属于腐蚀与疲劳交叉试验领域，具体涉及一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置及方法。
背景技术
大型输电塔线中的导线承担很大部分的恒、活载并将其传递给塔柱，导线的寿命对塔线结构的安全运营起关键作用。输电导线体系多由高强钢丝、铝导线组成，钢丝的耐久性直接影响导线的安全性，成为塔线安全的最重要条件之一。
在服役期内由于环境侵蚀、材料老化和风、雨、冰雪等交变荷载的综合作用，将不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减，严重影响其疲劳寿命。目前，针对输电导线在环境腐蚀和疲劳荷载单独作用下的疲劳理论、劣化机理及耐久性评估已有较为深入的研究，但对其在腐蚀-疲劳耦合作用下的结构劣化机理研究和寿命评估研究很少。基于试验现象的疲劳研究成果，可以量化不同腐蚀溶剂对疲劳的加速作用，使得疲劳对于环境的依存性可以进行定量描述。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置及方法，以解决现有技术中存在的未能同步评估不同腐蚀溶剂下钢丝腐蚀疲劳寿命的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，包括：多个反力架、多个腐蚀循环容器、疲劳试验机和传感器；所述腐蚀循环容器安装在反力架内；所述反力架一端的外侧安装有多个液压千斤顶；所述多个液压千斤顶通过油路与疲劳试验机连接；所述传感器安装在被测试的钢丝上。
进一步的，所述反力架包括槽钢、钢板和支撑杆；所述钢板固定在槽钢的外侧壁上；所述支撑杆固定在两个槽钢之间。
进一步的，所述钢板的外侧壁上设置有锚具；所述锚具用于固定钢丝、液压千斤顶和传感器。
进一步的，所述腐蚀循环容器包括腐蚀容器和循环容器；所述循环容器设置在腐蚀容器的一侧；所述循环容器和腐蚀容器通过管道相连。
进一步的，所述腐蚀容器和循环容器均为透明方体箱；与循环容器所在侧壁相邻的腐蚀容器的两侧侧壁上设置有圆孔；所述圆孔内设置有硅胶环。
进一步的，每根被测的钢丝上均安装有一个液压千斤顶和一个传感器；每个腐蚀容器对应多个不同截面面积的液压千斤顶。
进一步的，每个腐蚀容器的油路均连接有油缸。
测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验方法，所述方法包括：
将钢丝穿过反力架、腐蚀循环容器并固定在反力架上；
向不同的腐蚀循环容器内注入不同的腐蚀溶液；
通过疲劳试验机控制液压千斤顶对不同的钢丝施加不同的交变载荷；
通过传感器记录交变载荷；
根据交变载荷绘制S-N曲线，得到疲劳试验结果。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明以传统疲劳机为基础，通过与腐蚀循环容器结合，较为妥善地解决了腐蚀与疲劳的结合，实现了在腐蚀环境中，获得构件疲劳S-N曲线的方法，所得到的S-N曲线与传统的S-N曲线相比，更符合钢丝在实际环境下的服役特性；通过向多组截面面积不等的液压千斤顶同步施加液压，实现了在一组截面面积相等的钢丝上同步施加多组应力幅值不等的疲劳荷载的情况，将获得腐蚀-疲劳的S-N曲线的时间大大缩短；关于腐蚀疲劳方面，研究多止步于构件受腐蚀后的断口形貌的研究，本发明通过腐蚀疲劳试验得到的S-N曲线，填补了腐蚀疲劳研究领域的空白；本发明以腐蚀溶剂为变量设置对照组，通过考察不同腐蚀溶剂作用下的S-N曲线，量化腐蚀溶剂对腐蚀疲劳寿命的影响。
附图说明
图1为本发明反力架正面示意图；
图2为本发明装置正面示意图；
图3为本发明装置俯视图；
图4为本发明不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳耦合钢丝的S-N曲线图。
附图标记：1-液压千斤顶；2-锚具；3-槽钢；4-钢板；5-钢丝；6-支撑杆；7-传感器；8-腐蚀容器；9-油管；10-疲劳试验机；11-循环容器；12-油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，包括反力架、腐蚀循环容器及疲劳试验机，反力架根据钢丝5的尺寸及数量设计得到，其强度可满足多根钢丝5同时进行疲劳实验，包括槽钢3、钢板4和支撑杆6，槽钢3与钢板4相结合，为了保证反力架的强度，槽钢3外侧设有钢板4与槽钢4焊接为一体，钢板4的一侧连有液压千斤顶1，液压千斤顶1与油路连接，槽钢3的数量为两个，两槽钢3通过支撑杆6相连，槽钢3上留有圆孔来连接锚具2，锚具2用于固定液压千斤顶1、传感器7及钢丝5，传感器7套在钢丝5上并通过锚具2固定；如图3所示，腐蚀循环容器位于反力架内部，腐蚀循环容器是由腐蚀容器8、循环容器11及两者间的管道组成，为了便于观察判别钢丝腐蚀程度，腐蚀容器8及循环容器11皆是由塑料制成的透明方体箱，腐蚀容器8顶部可拆卸，腐蚀容器8的一侧通过管道与循环容器11相连，控制管道的阀门实现腐蚀溶液的循环使用，从而满足周浸腐蚀规范要求，腐蚀容器8另一方向上的两侧器壁设有圆孔，圆孔一圈粘有硅胶环，可用于钢丝5的穿过。多根钢丝穿过一个腐蚀容器8，液压千斤顶1通过油管9与疲劳试验机10相连。每根被测的钢丝上均安装有一个液压千斤顶1和一个传感器7；每个腐蚀容器8对应多个不同截面面积的液压千斤顶1。
将腐蚀循环容器置于反力架的两槽钢3之间，如图2所示，通过锚具2将钢丝5固定在反力架上，将其从连有液压千斤顶1一侧的槽钢3穿进，穿过腐蚀循环容器从另一侧的槽钢3穿出，保证钢丝5不松动，至此，腐蚀系统通过钢丝5与疲劳试验系统连接成一个整体，待一切固定完成后向腐蚀容器中注入不同的腐蚀溶剂直到溶剂漫过钢丝；按照周浸腐蚀的规范，定时进行溶液的循环，疲劳过程中通过容器观察腐蚀程度的变化。
为了测试不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳耦合钢丝的寿命，需要三个腐蚀循环容器，如图3所示，与疲劳试验机10相连的液压千斤顶1通过油路9分流后，连接至三个疲劳反力架系统，每个反力架上有多个不同截面面积的液压千斤顶1，其截面面积不同，对钢丝的作用力也不同。同时每组要有一支油路分流至油缸12以用来处理漏油等情况，各液压千斤顶1通过锚具2与反力架绑定，同时反力架的另一端连有传感器7；通过控制疲劳试验机10的液压系统向各油路输送液压，液压带动不同截面面积的液压千斤顶做往返运动，同时液压千斤顶通过锚具与钢丝固定，传感器7的电压来间接显示所施加力的大小，通过以上方式来完成对钢丝交变荷载的施加，实现了多试样的同步疲劳。
最后，记录整个实验过程中的所有数据：利用液压千斤顶1施加于各根钢丝的交变应力幅值、温度、腐蚀溶液的种类；钢丝的腐蚀程度衡量值、钢丝断裂时所用时间及对应的应力幅，绘制出不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳的S-N曲线图，将三组不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳的S-N曲线图进行对比，结果如图4所示，图中曲线1表示H2O2溶液腐蚀下的S-N曲线，曲线2和3分别表示FeCl3·6H2O溶剂和NaCl溶剂腐蚀下的S-N曲线，由图可知不同的腐蚀溶剂对钢丝的腐蚀程度不同，需要区别对待。
测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验方法，方法包括：
将钢丝穿过反力架、腐蚀循环容器并固定在反力架上；
向不同的腐蚀循环容器内注入不同的腐蚀溶液；
通过疲劳试验机控制液压千斤顶对不同的钢丝施加不同的交变载荷；
通过传感器记录交变载荷；
根据交变载荷绘制S-N曲线，得到疲劳试验结果。
上述方法具体包括以下步骤：
步骤一：将钢丝穿过反力架的槽钢、液压千斤顶、传感器，通过锚具将钢丝与反力架固定在一起；同时钢丝穿过两个槽钢间的腐蚀容器；
步骤二：通过向腐蚀容器内注入不同腐蚀溶液来开始腐蚀试验，通过控制管道的阀门与循环容器来实现周浸腐蚀，得到不同腐蚀程度的钢丝；
步骤三：通过疲劳试验机及液压千斤顶对不同的钢丝施加不同的交变载荷进行疲劳拉伸，记录疲劳试验数据，绘制S-N曲线。
本发明的对掌握缆索用钢丝的安全使用状况并进一步预测其服役寿命，具有极为重要的学术意义和现实使用价值。解决了现有疲劳试验不能同时对多根钢丝在不同腐蚀溶剂下进行腐蚀疲劳耦合试验的问题。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，包括：多个反力架、多个腐蚀循环容器、疲劳试验机和传感器；所述腐蚀循环容器安装在反力架内；所述反力架一端的外侧安装有多个液压千斤顶；所述多个液压千斤顶通过油路与疲劳试验机连接；所述传感器安装在被测试的钢丝上。
2.根据权利要求1所述的一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，所述反力架包括槽钢、钢板和支撑杆；所述钢板固定在槽钢的外侧壁上；所述支撑杆固定在两个槽钢之间。
3.根据权利要求2所述的一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，所述钢板的外侧壁上设置有锚具；所述锚具用于固定钢丝、液压千斤顶和传感器。
4.根据权利要求1所述的一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，所述腐蚀循环容器包括腐蚀容器和循环容器；所述循环容器设置在腐蚀容器的一侧；所述循环容器和腐蚀容器通过管道相连。
5.根据权利要求4所述的一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，所述腐蚀容器和循环容器均为透明方体箱；与循环容器所在侧壁相邻的腐蚀容器的两侧侧壁上设置有圆孔；所述圆孔内设置有硅胶环。
6.根据权利要求4所述的一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，每根被测的钢丝上均安装有一个液压千斤顶和一个传感器；每个腐蚀容器对应多个不同截面面积的液压千斤顶。
7.根据权利要求4所述的一种测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验装置，其特征在于，每个腐蚀容器的油路均连接有油缸。
8.测定钢丝在不同腐蚀溶剂下疲劳寿命的试验方法，其特征在于，所述方法包括：
将钢丝穿过反力架、腐蚀循环容器并固定在反力架上；
向不同的腐蚀循环容器内注入不同的腐蚀溶液；
通过疲劳试验机控制液压千斤顶对不同的钢丝施加不同的交变载荷；
通过传感器记录交变载荷；
根据交变载荷绘制S-N曲线，得到疲劳试验结果。
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