CN113820230A

CN113820230A - 疲劳试验装置

Info

Publication number: CN113820230A
Application number: CN202111154007.5A
Authority: CN
Inventors: 凌立鹏; 王康臣; 崖岗; 郭亚唯; 代希华; 冯良平; 姚志安; 蔡依花; 邹威; 许晴爽; 郭昊霖
Original assignee: Guangdong Provincial Highway Construction Co ltd; CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd; Shenzhong Link Administration Center
Current assignee: Guangdong Provincial Highway Construction Co ltd; CCCC Highway Long Bridge Construction National Engineering Research Center Co Ltd; Shenzhong Link Administration Center
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2021-12-21

Abstract

本发明提供了一种疲劳试验装置。其包括承载结构、加载组件和振动组件；承载结构用于连接试件；加载组件分别连接于所述承载结构，并用于向所述试件施加压力；振动组件设于所述加载组件和所述试件之间，并用于驱使所述试件振动。在本实施例的疲劳试验装置中，通过振动组件与加载组件的配合，可以实现对例如钢桥面板等试件进行高效疲劳加载，加载速度快，结构简单，使用效果好。

Description

疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及力学测试技术领域，尤其涉及一种疲劳试验装置。

背景技术

正交异性钢桥面板(下面简称“钢桥面板”)以其重量轻、承载能力强、施工速度快等优点，逐渐成为大中跨度钢桥广泛采用的钢桥面结构形式。但由于钢桥面板直接承受车辆轮胎荷载的反复作用，焊接结构及应力状况复杂，且通过的车辆也经常出现超载的现象，这就导致钢桥面板的疲劳问题十分突出，主要表现在横隔板与纵肋交叉接头处、顶板与纵肋连接接头处萌生疲劳裂纹。

目前钢结构疲劳寿命预测的数值模拟技术虽然越来越先进，但仍然面临着如何精确模拟残余应力场、考虑多轴疲劳效应、有限元网格尺寸敏感性等诸多局部应力分析、疲劳抗力确定、疲劳寿命评估等技术难题，钢桥面板疲劳问题研究最主要也是最有效的方法还是疲劳模型试验。但是，目前钢桥面板的疲劳模型试验多采用电液伺服式疲劳加载，试验场地要求高，疲劳加载频率低，疲劳试验周期长，且费用较高，试验效果不理想。

发明内容

本发明提供一种疲劳试验装置，用于解决传统试验装置对钢桥面板进行疲劳测试的效果不理想的问题。

本发明提出一种疲劳试验装置，包括：

承载结构，用于连接试件；

加载组件，分别连接于所述承载结构，并用于向所述试件施加压力；以及

振动组件，设于所述加载组件和所述试件之间，并用于驱使所述试件振动。

根据本发明的一个实施例，所述加载组件包括加载件和弹性件，所述加载件的一端连接于所述承载结构，并用于向所述弹性件施加压力；所述弹性件分别连接于所述加载件和所述振动组件，并通过所述振动组件向所述试件施加压力。

根据本发明的一个实施例，所述加载组件还包括力传感器，所述力传感器设于所述加载件和所述弹性件之间，所述力传感器用于获取所述加载件施加压力的信号。

根据本发明的一个实施例，所述弹性件的数量为多个，所述加载组件还包括连接板，所述连接板设于所述弹性件和所述力传感器之间，且多个所述弹性件均匀的设于所述连接板远离所述力传感器的一侧。

根据本发明的一个实施例，所述承载结构包括结构件、墩柱和基板，所述墩柱设于所述结构件与所述基板之间，且所述墩柱分别可拆卸连接于所述基板和所述结构件；所述试件可拆卸连接于所述结构件。

根据本发明的一个实施例，所述承载结构还包括连接件，所述连接件的一端可拆卸连接于所述基板，且所述连接件穿设于所述结构件和所述墩柱内。

根据本发明的一个实施例，所述连接件包括连接杆、限位部和紧固部，所述限位部和所述紧固部分别设于所述连接杆的相对两端，并与所述连接杆可拆卸连接；所述基板开设有限位槽，所述限位部嵌设于所述限位槽内，并与所述限位槽滑动配合，所述紧固部抵接于所述结构件远离所述墩柱的一侧。

根据本发明的一个实施例，所述墩柱的横截面为U型或矩形。

根据本发明的一个实施例，所述墩柱的自振频率大于200Hz。

根据本发明的一个实施例，所述振动组件包括振动电机和计数器，所述振动电机分别连接于所述加载组件和所述试件，所述计数器用于获取所述试件的振动次数信号。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

使用本实施例的疲劳试验装置时，首先将试件与承载结构连接，并将振动组件分别与试件和加载组件连接，加载组件可以对试件施加压力，以对试件提供疲劳加载过程中的稳定恒载，振动组件可以驱使试件进行振动，以对试件提供疲劳加载过程的波动疲劳荷载，以对试件的多种工作场景进行模拟。

在本实施例的疲劳试验装置中，通过振动组件与加载组件的配合，可以实现对例如钢桥面板等试件进行高效疲劳加载，加载速度快，结构简单，使用效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是本发明的实施例中疲劳试验装置的轴侧视图；

图2是本发明的实施例中承载结构的爆炸视图；

图3是本发明的实施例中加载组件的爆炸视图；

图4是本发明的另一实施例中疲劳试验装置的轴侧视图；

图5是本发明的实施例中疲劳试验装置的控制原理图；

附图标记：

10、疲劳试验装置；

100、承载结构；110、结构件；120、墩柱；130、基板；131、限位槽；140、连接件；141、连接杆；142、限位部；143、紧固部；

200、加载组件；210、加载件；220、弹性件；230、力传感器；240、连接板；

300、振动组件；310、振动电机；320、计数器；330、控制器；

20、试件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1所示，本发明实施例提供了一种疲劳试验装置10，其包括承载结构100、加载组件200和振动组件300；具体地，承载结构100用于连接试件20；加载组件200，分别连接于承载结构100，并用于向试件20施加压力；振动组件300设于加载组件200和试件20之间，并用于驱使试件20振动。

使用本实施例的疲劳试验装置10时，首先将试件20与承载结构100连接，并将振动组件300分别与试件20和加载组件200连接，加载组件200可以对试件20施加压力，以对试件20提供疲劳加载过程中的稳定恒载，振动组件300可以驱使试件20进行振动，以对试件20提供疲劳加载过程的波动疲劳荷载，以对试件20的多种工作场景进行模拟。

在本实施例的疲劳试验装置10中，通过振动组件300与加载组件200的配合，可以实现对例如钢桥面板等试件20进行高效疲劳加载，加载速度快，结构简单，使用效果好。

需要说明的是，在本实施例中，试件20优选结构为长度尺寸大于宽度尺寸的部件，例如图1所示，试件20可以为钢桥面板，并可以通过多个承载结构100形成横跨式结构，在每两个相邻的横跨之间设置有至少一个加载组件200以对试件20进行加载动作，并通过振动组件300配合以实现对钢桥面板的疲劳加载试验操作；在其他实施例中，试件20也可以是柱状、条状结构，在此不做唯一限定。

具体地，参阅图1和图2所示，承载结构100包括结构件110、墩柱120和基板130，墩柱120设于结构件110与基板130之间，且墩柱120分别可拆卸连接于基板130和结构件110；试件20可拆卸连接于结构件110。

在本实施例中，结构件110、墩柱120与基板130组合形成反力框架，以对试件20进行安装固定，并通过与加载组件200和振动组件300进行配合从而进行疲劳加载试验。通过设置可拆卸连接于结构件110和基板130的墩柱120，在使用本实施例的疲劳试验装置10时，可以根据试件20的形状或试验需求对墩柱120的位置进行调整，以使疲劳试验装置10能够适用于多种形式的试验，功能性得以提高，使用效果好。具体地，墩柱120优选为限位混凝土支撑，并且内部设有免配钢筋，由此设置可以提高墩柱120的承载能力。

具体地，在一些实施例中，墩柱120的横截面为U型或矩形，和/或墩柱120的自振频率大于200Hz。

在本实施例中，通过将墩柱120的横截面设置为U型或多边形，不仅可以使墩柱120具备轻量化的效果，还可以提高墩柱120的强度。

进一步地，参阅图2所示，承载结构100还包括连接件140，连接件140的一端可拆卸连接于基板130，且连接件140穿设于结构件110和墩柱120内。

可以理解地是，通过设置连接件140对结构件110、墩柱120和基板130进行连接，可以保证承载结构100的整体强度以及稳定性，以为试件20提供稳定的支撑；另外，通过将连接件140穿设于结构件110和墩柱120内，可以在保证承载结构100具有更高强度的前提下，使承载结构100具有紧凑的结构，便于承载结构100的安装和布置。

参阅图2和图4所示，在本实施例中，连接件140包括连接杆141、限位部142和紧固部143，限位部142和紧固部143分别设于连接杆141的相对两端，并与连接杆141可拆卸连接；基板130开设有限位槽131，限位部142嵌设于限位槽131内，并与限位槽131滑动配合，紧固部143抵接于结构件110远离墩柱120的一侧。

由此设置，在装配本实施例的承载结构100时，首先将限位部142置入基板130的限位槽131内，并通过限位槽131进行导向限位，之后再将连接杆141与限位部142连接，并使连接杆141穿设于结构件110和墩柱120内，此时便可以通过将紧固部143与连接杆141连接实现对结构件110、墩柱120和基板130的固定；在连接过程中，可以根据疲劳试验装置10的实际试验需求调整连接件140在基板130上的位置，使用效果好。

具体地，参阅图3所示，加载组件200包括加载件210和弹性件220，加载件210的一端连接于承载结构100，并用于向弹性件220施加压力；弹性件220分别连接于加载件210和振动组件300，并通过振动组件300向试件20施加压力。

在本实施例中，加载件210可以是液压千斤顶，加载件210启动之后，可以驱使弹性件220朝向试件20移动，通过弹性件220与试件20连接，可以使加载件210与试件20之间的连接形式为弹性连接，此时启动振动组件300便可以实现模拟波动疲劳荷载的功能。弹性件220优选为采用60Si2MnA材料制成，在一些实施例中，弹性件220的有效工作行程可以是5-30mm。如图3所示，在本实施例中，弹性件220为螺旋弹簧，在其他实施例中，弹性件220也可以是弹片等弹性件，在此不做唯一限定。

进一步地，加载组件200还包括力传感器230，力传感器230设于加载件210和弹性件220之间，力传感器230用于获取加载件210施加压力的信号。

参阅5所示，在本实施例中，疲劳试验装置10还包括控制器330，并且力传感器230与控制器330之间可以通过信号连接，力传感器230接收压力信号之后可以传输至控制器330，并通过控制器330对加载件210的加载压力进行调节，从而实现疲劳试验装置10的自适应控制功能，使用效果好。

参阅图3所示，在本实施例中，弹性件220的数量为多个，加载组件200还包括连接板240，连接板240设于弹性件220和力传感器230之间，且多个弹性件220均匀的设于连接板240远离力传感器230的一侧。

可以理解地是，通过设置多个弹性件220与振动组件300连接，可以使振动组件300与试件20之间的接触更为平稳均匀，从而保证试验结果的准确性。

另外，通过设置多个弹性件220与振动组件300连接，可以提高加载组件200与试件20之间连接的稳定性，该稳定性包括，通过多个弹性件220之间的反力抵消，可以降低疲劳试验装置10试验过程中的信号噪声，使用效果好。

参阅图1所示，在本实施例中，振动组件300包括振动电机310和计数器320，振动电机310分别连接于加载组件200和试件20，计数器320用于获取试件20的振动次数信号。

在本实施例中，控制器330和计数器320均与振动电机310信号连接，并且控制器330可以对振动电机310的振动频率进行控制，从而实现对加载件210的疲劳加载进行控制；力传感器230与控制器330信号连接，控制器330可显示力传感器230的电子度数；计数器320可以为显示式计数器，操作人员可以进行目视读数，也可以将获取的计数信号传输至控制器330进行信号储存；在本实施例中，控制器330包括变频控制器，并通过变频控制器对振动电机310的振动进行控制。具体地，振动电机310优选为偏心振动电机，并且激振力和转速无级可调，振动电机310的功率范围在0.1-10kw，激振范围在5-50kN，转速范围在100-3600转/min。使用本实施例的振动组件300时，通过匹配适合的变频控制器和计数器320可以实现对疲劳加载过程频率的控制与次数的统计。

参阅图1所示，在本实施例中，承载结构100承托于试件20的下侧，并且加载组件200和振动组件300均设置在试件20与基板130之间；参阅图4所示，在另一实施例中，与上述实施例中的疲劳试验装置10的区别在于，在本实施例的疲劳试验装置10中，结构件110自墩柱120向外延伸，并且形成横框梁结构，加载组件200设于该横框梁上，并朝向下侧，试件20通过工装固定在基板130上，加载组件200和振动组件300设于试件20远离基板130的一侧，由此设置，也可以实现试件20的疲劳试验操作。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种疲劳试验装置，其特征在于，包括：

承载结构，用于连接试件；

2.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述加载组件包括加载件和弹性件，所述加载件的一端连接于所述承载结构，并用于向所述弹性件施加压力；所述弹性件分别连接于所述加载件和所述振动组件，并通过所述振动组件向所述试件施加压力。

3.根据权利要求2所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述加载组件还包括力传感器，所述力传感器设于所述加载件和所述弹性件之间，所述力传感器用于获取所述加载件施加压力的信号。

4.根据权利要求3所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述弹性件的数量为多个，所述加载组件还包括连接板，所述连接板设于所述弹性件和所述力传感器之间，且多个所述弹性件均匀的设于所述连接板远离所述力传感器的一侧。

5.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述承载结构包括结构件、墩柱和基板，所述墩柱设于所述结构件与所述基板之间，且所述墩柱分别可拆卸连接于所述基板和所述结构件；所述试件可拆卸连接于所述结构件。

6.根据权利要求5所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述承载结构还包括连接件，所述连接件的一端可拆卸连接于所述基板，且所述连接件穿设于所述结构件和所述墩柱内。

7.根据权利要求6所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述连接件包括连接杆、限位部和紧固部，所述限位部和所述紧固部分别设于所述连接杆的相对两端，并与所述连接杆可拆卸连接；所述基板开设有限位槽，所述限位部嵌设于所述限位槽内，并与所述限位槽滑动配合，所述紧固部抵接于所述结构件远离所述墩柱的一侧。

8.根据权利要求5所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述墩柱的横截面为U型或矩形。

9.根据权利要求5所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述墩柱的自振频率大于200Hz。

10.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述振动组件包括振动电机和计数器，所述振动电机分别连接于所述加载组件和所述试件，所述计数器用于获取所述试件的振动次数信号。