CN116973250A - 一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能制造装备技术领域，公开了一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法及系统，试样通过螺栓安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸与反力架和试样通过弹簧连接，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为两个部分，前端为前置油缸和后置油缸；前段为前置油缸加载活塞部分，前置油缸安装有油压传感器，有杆腔通过大流量阀连接副油箱；后端为快速响应装置后置油缸，与蓄能器组的高压气体相连接。本发明可提供试样大吨位边界荷载，能真实反应实际足尺结构件受力情况；试样受冲击产生瞬时大变形时，系统可在瞬时响应并补上边界荷载，实现跟随加载。

Description

一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法及系统

技术领域

本发明属于智能制造装备技术领域，尤其涉及一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法及系统。

背景技术

荷载冲击试验是对施工完成后的检测过程，通过荷载冲击试验设备进行施加冲击荷载，使得检验出施工是否达标。现有的测试方法中，试样为等比例缩小试样，不是原尺寸试样，缩尺试样所需边界荷载很小；试样边界加载方式较为简单，在试件一端放置加载油缸及弹簧，只能满足静态试验和小能量的冲击试验的加载边界条件需求。

现有的荷载冲击试验通常采用等比例缩小试样，而非原尺寸试样。这种方法具有一定的局限性，主要表现在以下几个方面：

缩尺试样的局限性：等比例缩小的试样可能无法完全反映原尺寸结构的性能。由于尺寸、重量和材料特性的差异，缩尺试样的受力状况可能与实际结构存在较大差异。因此，基于缩尺试样的试验结果可能无法直接应用于实际结构的评估。

边界荷载较小：由于试样尺寸的缩小，所需施加的边界荷载相应减小。这可能导致试验设备在应对较大冲击荷载时的性能受到限制，无法满足高强度冲击试验的需求。

试样边界加载方式简单：现有的荷载冲击试验设备通常采用较为简单的试样边界加载方式，如在试件一端放置加载油缸和弹簧。这种方式只能满足静态试验和小能量冲击试验的加载边界条件需求，对于复杂的动态加载情况则难以适应。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法及系统。

本发明是这样实现的，一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法，包括：试样通过螺栓安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸与反力架和试样通过弹簧连接，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为两个部分，前端为前置油缸和后置油缸。

进一步，新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法还包括：前段为前置油缸加载活塞部分，前置油缸安装有油压传感器，有杆腔通过大流量阀连接副油箱；后端为快速响应装置后置油缸，与蓄能器组的高压气体相连接。

进一步，当试验时，活塞前端顶住试样，后端两腔体保持油气平衡状态；当前端失压，油压传感器检测压力下降，通过控制大流量阀使后腔的高压气体推动活塞向前移动以达到新的稳定位置，当油压传感器检测到压力达到设定压力后，大流量阀关闭；通过大流量阀的开启和关闭，来保证前置油缸内的压力恒定，进而保证试样受到的外部载荷恒定，保证试样受到力的稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统，新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统包括：反力架、试样、副油箱、加载油缸、蓄能器组、液压源、弹簧。

反力架通过支架连接到试样上，用于支撑试样，并测量试样上的反力；

试样通过连接杆连接到加载油缸上，用于接受加载油缸施加的液压力；

加载油缸通过连接管连接到副油箱和液压源上，用于获取液压油并施加液压力。

进一步，还包括：

副油箱通过连接管连接到蓄能器组和液压源上，用于存储液压油，并在需要时提供额外的液压油；

蓄能器组通过连接管连接到液压源和加载油缸上，用于缓冲液压系统中的压力脉动，并在系统需要额外能量时提供能量。

进一步，还包括：

液压源通过连接管连接到副油箱、蓄能器组和加载油缸上，用于提供液压油，并控制液压系统的压力和流量。

进一步，还包括：

弹簧连接到反力架和试样上，用于提供试样的初始负载，并帮助系统恢复到初始状态。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一，本发明试样受冲击产生瞬时大变形时，系统可在瞬时响应并补上边界荷载，实现跟随加载；通过设计串联油箱，保证大吨位加载所需油量的同时加快油源散热，同时可根据边界加载吨位变化合理调整油箱使用数量。

此外，这种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法的显著技术进步在于以下几个方面：

1)采用特殊设计的高速反应结构设计的加载油缸：这种油缸能够快速响应，可以实现试样边界瞬时伺服跟随加载，而且具有较高的精度和可靠性。

2)前置油缸安装有油压传感器和大流量阀：通过油压传感器检测前置油缸内的压力变化，并通过控制大流量阀来调节后腔的高压气体，从而使试样受到的外部载荷保持恒定，从而保证试样受到力的稳定性。

3)后置油缸与蓄能器组的高压气体相连接：利用蓄能器组的高压气体作为动力源，可以提高试验的速度和精度。

4)通过控制大流量阀的开启和关闭，来实现试样受到的外部载荷恒定：这种方法能够使试样受到的力保持恒定，从而保证试验结果的可靠性和准确性。

第二，本发明通过设计动态液压跟随加载系统，可提供试样大吨位边界荷载,能真实反应实际足尺结构件受力情况。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

1)精度高：该系统能够通过反力架对试样上的反力进行精确测量，从而可以实现高精度的试验控制和数据采集。

2)稳定性好：蓄能器组能够缓冲液压系统中的压力脉动，并在系统需要额外能量时提供能量，从而提高了系统的稳定性和可靠性。

3)操作简便：液压源能够控制液压系统的压力和流量，操作比较简便，且能够满足不同试验需求。

4)能量利用率高：弹簧能够提供试样的初始负载，并帮助系统恢复到初始状态，从而提高了试验系统的能量利用率。

5)适用范围广：该系统适用于各种材料和构件的试验，包括金属材料、复合材料、混凝土、岩石等。

综上所述，新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统具有高精度、稳定性好、操作简单、能量利用率高、适用范围广等优点和效果，可以满足各种试验需求，提高试验效率和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅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。

图1是本发明实施例提供的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统总体结构图；

图2是本发明实施例提供的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统部分结构图；

其中，1、反力架；2、试样；3、冲击块；4、副油箱；5、加载油缸；6、蓄能器组；7、液压源；8、弹簧；9、前置油缸；10、后置油缸；11、油压传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

根据权利要求1～3所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法的描述，可以得知新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统的具体构成。

新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统包括以下组件：

1)反力架：用于支撑试样，并测量试样上的反力。

2)试样：需要进行加载和测试的物体。

3)副油箱：用于存储液压油，以维持系统的正常运行。

4)加载油缸：通过施加液压力，对试样进行加载。

5)蓄能器组：用于缓冲液压系统中的压力脉动，并且在系统需要额外能量时提供能量。

6)液压源：用于提供液压油，并控制液压系统的压力和流量。

7)弹簧：用于提供试样的初始负载，并帮助系统恢复到初始状态。

实现新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统的智能化，可以通过以下组件和技术来实现：

8)控制器

控制器可以是基于微处理器的控制系统，用于接收和处理来自各种传感器的数据，并根据预先设定的参数和实时测量值实现对液压源、液压缸等系统组件的实时控制。这使得系统更加精确地执行加载过程，并实现试样边界瞬时伺服跟随。

9)传感器

传感器可以包括：

力传感器：用于实时测量试样上的反力、加载力等参数。

位移传感器：用于测量试样的形变和位移。

压力传感器：用于监测液压系统中的压力。

流量传感器：用于监测液压系统中的流量。

这些传感器的数据将被发送至控制器，用于实现系统的智能化控制。

10)通信模块

通信模块可以包括有线和无线通信接口，如以太网、Wi-Fi或蓝牙等。这允许系统与上位机、远程监控系统等其他设备进行通信，实现远程监控、数据交换和系统更新等功能。

11)人机交互界面(HMI)

人机交互界面可以包括显示屏、按键、旋钮等，用于操作员与系统进行交互。通过HMI，用户可以输入试验参数、查看实时数据、启动和停止试验等。

12)数据处理与分析软件

数据处理与分析软件可以用于处理从系统收集到的实验数据，进行数据分析和可视化。软件可以包括基本的数据处理功能，如数据筛选、平滑、拟合等，以及高级功能，如数据挖掘、机器学习等，以提供更深入的试验结果分析和理解。

通过集成以上组件和技术，新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统可以实现更高的精度、更快的响应速度和更智能的控制。这将有助于提高实验效率，提供更为可靠的试验结果，并有望推动相关领域的科研和技术发展。

为了进一步细化上述新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统的智能化方案，本发明实施例可以从以下几个方面展开：

控制策略优化

1)自适应控制策略：根据试样的材料特性和实验条件，系统可以自动调整控制策略，以实现更加精确和稳定的控制。例如，根据试样的材料特性，系统可以选择合适的控制算法，如PID控制、模型预测控制(MPC)等。

2)学习控制策略：系统可以利用机器学习技术，通过分析历史实验数据，自动学习出更优的控制策略。这可以进一步提高系统的性能和稳定性。

数据处理和分析

1)实时数据处理：系统可以实时处理传感器收集到的数据，提供实时反馈给控制器。这有助于实现更快速的系统响应和更精确的控制。

2)后处理和可视化：数据处理与分析软件可以提供丰富的后处理功能，帮助用户对实验数据进行深入分析。例如，可以通过数据挖掘技术，发现实验数据中的隐藏规律；通过可视化工具，将复杂的数据以直观的方式展现给用户。

3)云端数据分析：通过将实验数据上传至云端，用户可以利用更强大的计算资源进行数据处理和分析。此外，云端数据分析还可以实现跨地域的团队协作和实时数据共享。

智能诊断和预测

1)故障诊断：通过对系统状态的实时监测和分析，系统可以自动识别潜在的故障，并提前告警。这有助于提高系统的可靠性和减少停机时间。

2)维护预测：通过对系统的使用情况和故障记录进行分析，系统可以预测出可能需要进行维护的部件，并提前提醒用户。这有助于实现预防性维护，降低运行成本。

用户友好性提升

1)智能向导：通过人机交互界面，系统可以提供智能向导功能，帮助用户快速熟悉和掌握系统的操作。例如，系统可以根据用户的输入，自动生成试验方案；或者根据用户的需求，推荐合适的试验参数。

2)个性化设置：用户可以根据自己的需求和习惯，对系统进行个性化设置。例如，可以自定义数据显示格式、报警阈值等。

通过以上细化方案，新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统将具备更高的性能、更强的智能化功能和更好的用户体验。这将有助于推动相关领域的研究和技术发展，提高实验效率和试验结果的可靠性。

本发明实施例提供的组件之间的连接关系如下：

反力架通过支架连接到试样上，用于支撑试样，并测量试样上的反力。试样通过连接杆连接到加载油缸上，用于接受加载油缸施加的液压力。加载油缸通过连接管连接到副油箱和液压源上，用于获取液压油并施加液压力。副油箱通过连接管连接到蓄能器组和液压源上，用于存储液压油，并在需要时提供额外的液压油。蓄能器组通过连接管连接到液压源和加载油缸上，用于缓冲液压系统中的压力脉动，并在系统需要额外能量时提供能量。液压源通过连接管连接到副油箱、蓄能器组和加载油缸上，用于提供液压油，并控制液压系统的压力和流量。弹簧连接到反力架和试样上，用于提供试样的初始负载，并帮助系统恢复到初始状态。

具体实现该新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法的步骤如下：

1)将试样通过螺栓安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为前置油缸和后置油缸。

2)前置油缸安装有油压传感器，有杆腔通过大流量阀连接副油箱，后端为快速响应装置后置油缸，与蓄能器组的高压气体相连接。

3)在试验开始前，将系统预充液压油，并将试样初始负载施加在试样上。

4)当试验时，活塞前端顶住试样，后端两腔体保持油气平衡状态；当前端失压，油压传感器检测压力下降，通过控制大流量阀使后腔的高压气体推动活塞向前移动以达到新的稳定位置。

5)当油压传感器检测到压力达到设定压力后，大流量阀关闭，通过大流量阀的开启和关闭，来保证前置油缸内的压力恒定，进而保证试样受到的外部载荷恒定，保证试样受到力的稳定性。

6)如果试验中外部载荷发生变化，系统会快速响应并调整加载力，从而保证试验的准确性和稳定性。

通过这种设计和控制方法，可以实现试样的边界瞬时伺服跟随加载，使试验过程更加准确、稳定和可靠。

本发明实施例提供的预加载系统主要包括以下几个部分：反力架1、试样2、副油箱4、加载油缸5、蓄能器组6、液压源7、弹簧8。试验步骤：试样2通过螺栓安装在两个反力架1之间，其中一端放置有加载油缸5，加载油缸5与反力架1和试样2通过弹簧8连接，加载油缸5采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为两个部分，前端为前置油缸9和后置油缸10。前段为前置油缸9加载活塞部分,前置油缸9安装有油压传感器11，有杆腔通过大流量阀连接副油箱4；后端为快速响应装置后置油缸10，与蓄能器组6的高压气体相连接。

当试验时，活塞前端顶住试样2，后端两腔体保持油气平衡状态。当前端失压，油压传感器11检测压力下降，通过控制大流量阀使后腔的高压气体推动活塞向前移动以达到新的稳定位置，当油压传感器11检测到压力达到设定压力后，大流量阀关闭。通过大流量阀的开启和关闭，来保证前置油缸9内的压力恒定，进而保证试样2受到的外部载荷恒定，保证试样2受到力的稳定性。油缸系统的压力经过计算，可以控制加载力值大于98％保载力。

以下是本发明提供的两个具体的实施例：

1)材料力学试验

在材料力学试验中，需要对不同的材料进行拉伸、压缩、弯曲等试验。采用新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统进行试验时，将试样安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为前置油缸和后置油缸。试验时，通过控制大流量阀来保证试样受到的外部载荷恒定，保证试样受到力的稳定性。这种设计可以实现试样的边界瞬时伺服跟随加载，从而保证试验的准确性和稳定性。

2)地基土工程试验

在地基土工程试验中，需要对不同的土壤样品进行压缩试验、剪切试验等。采用新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统进行试验时，将试样安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为前置油缸和后置油缸。试验时，通过控制大流量阀来保证试样受到的外部载荷恒定，保证试样受到力的稳定性。这种设计可以实现试样的边界瞬时伺服跟随加载，从而保证试验的准确性和稳定性，可以更加准确地获得土壤力学参数，提高工程可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法，其特征在于，包括：试样通过螺栓安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸与反力架和试样通过弹簧连接，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为两个部分，前端为前置油缸和后置油缸。

2.如权利要求1所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法，其特征在于，新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法还包括：前段为前置油缸加载活塞部分，前置油缸安装有油压传感器，有杆腔通过大流量阀连接副油箱；后端为快速响应装置后置油缸，与蓄能器组的高压气体相连接。

3.如权利要求1所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法，其特征在于，当试验时，活塞前端顶住试样，后端两腔体保持油气平衡状态；当前端失压，油压传感器检测压力下降，通过控制大流量阀使后腔的高压气体推动活塞向前移动以达到新的稳定位置，当油压传感器检测到压力达到设定压力后，大流量阀关闭。

4.如权利要求1所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法，其特征在于，该新型试样边界瞬时伺服跟随加载方法的具体步骤如下：

将试样通过螺栓安装在两个反力架之间，其中一端放置有加载油缸，加载油缸采用特殊设计的高速反应结构设计，油缸分为前置油缸和后置油缸；

前置油缸安装有油压传感器，有杆腔通过大流量阀连接副油箱，后端为快速响应装置后置油缸，与蓄能器组的高压气体相连接；

在试验开始前，将系统预充液压油，并将试样初始负载施加在试样上；

当试验时，活塞前端顶住试样，后端两腔体保持油气平衡状态；当前端失压，油压传感器检测压力下降，通过控制大流量阀使后腔的高压气体推动活塞向前移动以达到新的稳定位置；

当油压传感器检测到压力达到设定压力后，大流量阀关闭，通过大流量阀的开启和关闭，来保证前置油缸内的压力恒定，进而保证试样受到的外部载荷恒定，保证试样受到力的稳定性；

如果试验中外部载荷发生变化，系统会快速响应并调整加载力，从而保证试验的准确性和稳定性。

5.一种应用如权利要求1～4所述的加载方法的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统，其特征在于，包括：

反力架通过支架连接到试样上，用于支撑试样，并测量试样上的反力；

试样通过连接杆连接到加载油缸上，用于接受加载油缸施加的液压力；

加载油缸通过连接管连接到副油箱和液压源上，用于获取液压油并施加液压力。

6.如权利要求5所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统，其特征在于，还包括：

副油箱通过连接管连接到蓄能器组和液压源上，用于存储液压油，并在需要时提供额外的液压油；

蓄能器组通过连接管连接到液压源和加载油缸上，用于缓冲液压系统中的压力脉动，并在系统需要额外能量时提供能量。

7.如权利要求5所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统，其特征在于，还包括：

液压源通过连接管连接到副油箱、蓄能器组和加载油缸上，用于提供液压油，并控制液压系统的压力和流量。

8.如权利要求5所述的新型试样边界瞬时伺服跟随加载系统，其特征在于，还包括：

弹簧连接到反力架和试样上，用于提供试样的初始负载，并帮助系统恢复到初始状态。