本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置，尤其涉及一種模擬浪濺區(qū)波浪沖擊動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
浪花飛濺區(qū)（簡(jiǎn)稱浪濺區(qū)）是指在海洋環(huán)境中，海水的飛沫能夠噴灑到工程結(jié)構(gòu)表面，但在海水漲潮時(shí)又不能被海水所浸沒(méi)的部位。該區(qū)域的工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到波浪載荷的沖擊作用，使得結(jié)構(gòu)物表面由于彈性變形和振動(dòng)產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力， 使得結(jié)構(gòu)的安全可靠性減弱，最終將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)功能的散失，甚至結(jié)構(gòu)破壞。
波浪沖擊作用機(jī)理十分復(fù)雜，自20世紀(jì)60年代開始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開展了波浪對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物沖擊作用的研究。Wang假定結(jié)構(gòu)為剛性且表面光滑，給出了計(jì)算波浪沖擊力的方法；Kaplan等采用與處理小尺度水平圓柱相近的方法，給出了作用在水平板上的沖擊力公式；過(guò)達(dá)等分別給出了不同試驗(yàn)條件下沖擊力的經(jīng)驗(yàn)公式。周益人等利用求解含有自由表面的、二維不可壓縮粘性流體非定常運(yùn)動(dòng)的流體體積法（VOF）建立了求解波浪沖擊壓力的數(shù)學(xué)模型。上述研究均假設(shè)波浪正向作用在海洋結(jié)構(gòu)物上，并且主要針對(duì)波浪沖擊力進(jìn)行研究，關(guān)于波浪沖擊過(guò)程中結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)變研究目前鮮有報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了研究波浪沖擊過(guò)程中結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)變，設(shè)計(jì)了一種模擬浪濺區(qū)波浪沖擊動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
模擬浪濺區(qū)波浪沖擊動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)裝置由波浪沖擊系統(tǒng)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分構(gòu)成。
所述的沖擊系統(tǒng)主要包括沖擊平臺(tái)系統(tǒng)及沖擊速度控制系統(tǒng)，沖擊系統(tǒng)平臺(tái)通過(guò)光柵傳感器讀取平臺(tái)的位置模擬量信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電壓數(shù)字信號(hào)后，傳送到MAC-3002SSP4運(yùn)動(dòng)控制卡上；工控機(jī)從控制卡上讀取平臺(tái)的位置信息，從而控制X、Y及旋轉(zhuǎn)方向的空間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊位置及角度的控制。
所述的沖擊速度控制系統(tǒng)通過(guò)伺服電機(jī)控制調(diào)速閥，改變沖擊管道的流量，并通過(guò)流量計(jì)監(jiān)測(cè)流速，達(dá)到控制沖擊速度的目的。
所述的工控機(jī)是系統(tǒng)的上位機(jī)，主要完成人機(jī)交互界面的管理、控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息的顯示等工作。
所述的系統(tǒng)的下位機(jī)是步進(jìn)機(jī)電有限公司的MPC03運(yùn)動(dòng)控制卡，下位機(jī)MPC03卡則負(fù)責(zé)完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)，如實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃、位置閉環(huán)伺服控制、主機(jī)命令處理和控制I/O管理等；上位機(jī)與MPC03運(yùn)動(dòng)控制卡之間的通信通過(guò)PCI總線實(shí)現(xiàn)。
所述的系統(tǒng)的電機(jī)采用松下伺服電機(jī)MSMD022S1，其驅(qū)動(dòng)器采用MINAS-A4系列。
所述的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)裝置上位機(jī)交互界面的主要功能有：讀取沖擊系統(tǒng)的位置信息反饋，控制噴頭位置；根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)與庫(kù)文件的對(duì)比，確定裝置是否正常工作。
本發(fā)明的有益效果是：
本提出了一種模擬浪濺區(qū)波浪沖擊動(dòng)態(tài)力學(xué)性能檢測(cè)的新方法，并針對(duì)該方法設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)波浪沖擊動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)的自動(dòng)化裝置。以690MPa高強(qiáng)鋼試件為對(duì)象，使用該裝置檢測(cè)其在不同浪速、不同作用時(shí)間和不同沖擊方向的波浪沖擊作用下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合理論分析，證明該裝置的可行性。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)裝置硬件系統(tǒng)示意圖。
其中，1-工控機(jī)；2-STSS 應(yīng)力檢測(cè)模塊；3-試樣；4-應(yīng)變片；5-紅外線發(fā)射器；6-光電傳感器；7-數(shù)據(jù)采集卡；8-光柵；9-Z 軸；10-噴槍；11-夾具；12-旋轉(zhuǎn)電機(jī)；13-X 軸工作臺(tái)；14-步進(jìn)電機(jī)；15-驅(qū)動(dòng)器；16-運(yùn)動(dòng)控制卡；17-流量計(jì)；18-分流閥；19-調(diào)速閥；20-液壓泵；21-液壓驅(qū)動(dòng)；22-伺服電機(jī)。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)裝置由波浪沖擊系統(tǒng)、工控機(jī)1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成，沖擊系統(tǒng)主要包括沖擊平臺(tái)系統(tǒng)及沖擊速度控制系統(tǒng)，沖擊系統(tǒng)平臺(tái)通過(guò)光柵傳感器8讀取平臺(tái)的位置模擬量信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電壓數(shù)字信號(hào)后，傳送到MAC-3002SSP4運(yùn)動(dòng)控制卡16上；工控機(jī)1從控制卡上讀取平臺(tái)的位置信息，從而控制X、Y及旋轉(zhuǎn)方向的空間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊位置及角度的控制。沖擊速度控制系統(tǒng)通過(guò)伺服電機(jī)22控制調(diào)速閥19，改變沖擊管道的流量，并通過(guò)流量計(jì)17監(jiān)測(cè)流速，達(dá)到控制沖擊速度的目的。應(yīng)變檢測(cè)裝置的原理如下: 材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法進(jìn)行研究，金屬材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)描述外載作用下材料相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，為材料在工程設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬計(jì)算中安全可靠的應(yīng)用提供有力保障。在多種描述金屬動(dòng)力響應(yīng)的本構(gòu)模型中，Johnson-Cook模型運(yùn)用最為廣泛，其模型形式簡(jiǎn)單、物理意義清晰、易于添加修正項(xiàng)，Johnson-Cook模型的表達(dá)式為：
σ=[A+Bεn] [ 1 +Clnε*]
式中：σ—等效應(yīng)力；
ε—等效塑性應(yīng)變；
A、B 、C—材料相關(guān)系數(shù)；
—無(wú)量綱應(yīng)變率變量；
—參考應(yīng)變率；
n—應(yīng)變硬化指數(shù)。