本發(fā)明涉及一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置。

背景技術(shù)：

疲勞荷載會(huì)導(dǎo)致材料與構(gòu)件的服役性能退化甚至發(fā)生疲勞脆性斷裂，而腐蝕環(huán)境會(huì)加速這一退化或斷裂過程。在金屬材料試驗(yàn)方面，腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率是開展工程構(gòu)件疲勞損傷容限分析的重要依據(jù)。目前材料的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)受加載裝置的限制，防腐要求較高，且所適用的試件形式較為單一。比如，已有裝置通過設(shè)計(jì)環(huán)境箱套住緊湊拉伸試件，環(huán)境箱在試件缺口處開孔，在開孔處采用橡膠皮隔絕引伸計(jì)與腐蝕溶液，但是該裝置對(duì)密封性要求較高，且橡膠皮可能影響引伸計(jì)的靈敏度。密封性以及腐蝕溶液滲漏等問題同樣存在于一些中心裂紋拉伸試件的試驗(yàn)中。也有針對(duì)單邊缺口試件開發(fā)的裝置，避免引伸計(jì)接觸溶液而遭受腐蝕，不足之處是適用范圍受限，且加載裝置的加載點(diǎn)可調(diào)節(jié)性差或者不具備連續(xù)調(diào)節(jié)的能力。在梁式構(gòu)件試驗(yàn)方面，現(xiàn)有方法多通過對(duì)試驗(yàn)梁的主筋進(jìn)行通電加速銹蝕，待試驗(yàn)梁主筋達(dá)到設(shè)計(jì)的銹蝕率時(shí)再進(jìn)行疲勞加載。這種方法為構(gòu)件腐蝕后的疲勞性能研究，未考慮腐蝕環(huán)境-疲勞荷載耦合，與實(shí)際情況不符。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)新穎、經(jīng)濟(jì)可行、實(shí)用性強(qiáng)的可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，

一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，包括球鉸連接部分、加載部分和支撐件。所述的支撐件上設(shè)有待測(cè)試件，所述的加載部分通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器并對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行壓力加載。

所述的球鉸連接部分包括球鉸和連接件，球鉸的球殼連接至疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，球鉸的球體通過連接件連接至加載部分。

所述的加載部分包括上部加載部分和下部加載部分，上部加載部分和下部加載部分分別設(shè)置于待測(cè)試件的上下兩端。所述的上部加載部分包括頂板、一個(gè)上部加載件和一個(gè)螺桿，所述的頂板通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，頂板上開有一個(gè)矩形槽，所述的上部加載件的頂部設(shè)有凸起，所述的凸起的形狀與矩形槽相匹配并嵌入至矩形槽中，且凸起在沿矩形槽延伸方向上開有供螺桿通過的孔洞，孔洞內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋以匹配螺桿，頂板在矩形槽位置的兩側(cè)端部開有通孔以供螺桿穿入至矩形槽中并穿過凸起上的孔洞，上部加載件的底部為齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的上端。所述的下部加載部分包括一個(gè)下部加載件，所述的下部加載件頂部設(shè)有齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的下端。

所述的支撐件包括用于水平支撐待測(cè)試件的整平輔助件，所述的整平輔助件為矩形體，頂面放置待測(cè)試件，且中部留有用于容納下部加載件的空隙。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，還包括腐蝕溶液箱，所述腐蝕溶液箱內(nèi)設(shè)有腐蝕性溶液，所述的支撐件和下部加載件均置于腐蝕溶液箱內(nèi)，待測(cè)試件浸泡于腐蝕溶液中。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，所述的球鉸連接部分包括球鉸和兩個(gè)連接件，所述的球鉸的球殼連接至疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，所述的球鉸的球體兩端對(duì)稱固定有水平設(shè)置的鋼棒，所述的兩個(gè)連接件分別設(shè)置于球鉸的兩端并固定于加載部分上，連接件上均開設(shè)有用于容納鋼棒的孔洞，球鉸通過鋼棒穿入至連接件的孔洞中來驅(qū)動(dòng)加載部分。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，所述的上部加載部分還包括至少一個(gè)橡膠限位塊，所述的橡膠限位塊呈倒u形，設(shè)置于矩形槽中并卡扣在螺桿上。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，所述的上部加載部分還包括與橡膠限位塊數(shù)量相等的滑動(dòng)條和用于固定滑動(dòng)條的鎖緊螺釘，所述的滑動(dòng)條與頂板上的矩形槽垂直設(shè)置于頂板上，滑動(dòng)條的兩端為向下延伸出的鉤狀件并卡扣在頂板的兩相對(duì)邊緣處，鉤狀件設(shè)有螺孔并通過鎖緊螺釘穿過螺孔來進(jìn)行固定，滑動(dòng)條穿過矩形槽的位置為矩形槽內(nèi)所設(shè)橡膠限位塊的位置。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，還包括氣泡水準(zhǔn)儀，所述的氣泡水準(zhǔn)儀設(shè)置于上部加載部分的頂板上。

一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，包括球鉸連接部分、加載部分和支撐件，所述的支撐件上設(shè)有待測(cè)試件，所述的加載部分通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器并對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行壓力加載。

所述的球鉸連接部分包括球鉸和連接件，球鉸的球殼連接至疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，球鉸的球體通過連接件連接至加載部分。

所述的加載部分包括上部加載部分和下部加載部分，上部加載部分和下部加載部分分別設(shè)置于待測(cè)試件的上下兩端。所述的上部加載部分包括頂板、至少兩個(gè)上部加載件和數(shù)量與上部加載件相等的螺桿，所述的頂板通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，頂板上開有與上部加載件數(shù)量相等的矩形槽，所述的上部加載件的頂部設(shè)有數(shù)量與矩形槽相等的凸起，所述的凸起的形狀與矩形槽相匹配并嵌入至矩形槽中，且凸起在沿矩形槽延伸方向上開有供螺桿通過的孔洞，每個(gè)上部加載件凸起上的孔洞均只有一個(gè)設(shè)有內(nèi)螺紋以匹配螺桿，且每個(gè)設(shè)有內(nèi)螺紋的孔洞均不處于同一個(gè)矩形槽內(nèi)，頂板在矩形槽位置的兩側(cè)端部開有通孔以供螺桿穿入至矩形槽中并穿過凸起上的孔洞，上部加載件的底部為齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的上端。所述的下部加載部分包括至少一個(gè)下部加載件，所述的下部加載件頂部設(shè)有齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的下端。所述的支撐件包括用于水平支撐待測(cè)試件的整平輔助件，所述的整平輔助件為矩形體，頂面放置待測(cè)試件，且中部留有用于容納下部加載件的空隙。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，還包括腐蝕溶液箱，所述腐蝕溶液箱內(nèi)設(shè)有腐蝕性溶液，所述的支撐件和下部加載件均置于腐蝕溶液箱內(nèi)，待測(cè)試件浸泡于腐蝕溶液中。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，所述的球鉸連接部分包括球鉸和兩個(gè)連接件，所述的球鉸的球殼連接至疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，所述的球鉸的球體兩端對(duì)稱固定有水平設(shè)置的鋼棒，所述的兩個(gè)連接件分別設(shè)置于球鉸的兩端并固定于加載部分上，連接件上均開設(shè)有用于容納鋼棒的孔洞，球鉸通過鋼棒穿入至連接件的孔洞中來驅(qū)動(dòng)加載部分。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，所述的上部加載部分還包括至少一個(gè)橡膠限位塊，所述的橡膠限位塊呈倒u形，設(shè)置于矩形槽中并卡扣在螺桿上。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，所述的上部加載部分還包括與橡膠限位塊數(shù)量相等的滑動(dòng)條和用于固定滑動(dòng)條的鎖緊螺釘，所述的滑動(dòng)條與頂板上的矩形槽垂直設(shè)置于頂板上，滑動(dòng)條的兩端為向下延伸出的鉤狀件并卡扣在頂板的兩相對(duì)邊緣處，鉤狀件設(shè)有螺孔并通過鎖緊螺釘穿過螺孔來進(jìn)行固定，滑動(dòng)條穿過矩形槽的位置為矩形槽內(nèi)所設(shè)橡膠限位塊的位置。

所述的一種可自由調(diào)控的環(huán)境-疲勞荷載耦合模擬裝置，還包括氣泡水準(zhǔn)儀，所述的氣泡水準(zhǔn)儀設(shè)置于上部加載部分的頂板上。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，可自由調(diào)節(jié)并高精度控制加載位置，且上、下加載件的數(shù)量可適當(dāng)增減以滿足不同試驗(yàn)的需求，可適用于混凝土立方體試塊或混凝土棱形試塊的劈裂試驗(yàn)，也適用于不同尺寸單邊缺口試件的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，以及可適用于不同尺寸的小型梁式構(gòu)件的環(huán)境-疲勞耦合加載試驗(yàn)。此裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、造價(jià)低廉，在不同環(huán)境與疲勞荷載耦合模擬方面有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體構(gòu)造示意圖；

圖2為本發(fā)明的分解示意圖；

圖3球鉸連接部分的具體構(gòu)造示意圖；

圖4為上部加載件的具體構(gòu)造示意圖；

圖5為橡膠限位塊、滑動(dòng)條與鎖緊螺釘?shù)氖褂檬疽鈭D；

圖6為本發(fā)明的右側(cè)面視圖；

圖7為本發(fā)明的左側(cè)面視圖。

其中，1為疲勞試驗(yàn)機(jī)作動(dòng)器，201為球鉸，202為連接件，301為頂板，302為滑動(dòng)條及鎖緊螺釘，303為螺桿，304為氣泡水平儀，305為上部加載件，306為橡膠限位塊，401為引伸計(jì)，402為單邊缺口試件，5為支撐件，6為下部加載件，7為腐蝕溶液箱。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例包括球鉸連接部分、加載部分和支撐件，支撐件上設(shè)有待測(cè)試件，加載部分通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器并對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行壓力加載；

球鉸連接部分包括球鉸和兩個(gè)連接件，所述的球鉸的球殼連接至疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，所述的球鉸的球體兩端對(duì)稱固定有水平設(shè)置的鋼棒，所述的兩個(gè)連接件分別設(shè)置于球鉸的兩端并固定于加載部分上，連接件上均開設(shè)有用于容納鋼棒的孔洞，球鉸通過鋼棒穿入至連接件的孔洞中來驅(qū)動(dòng)加載部分；利用球鉸的可調(diào)節(jié)性，實(shí)現(xiàn)加載部分在一定范圍內(nèi)的靈活調(diào)整；

加載部分包括上部加載部分和下部加載部分，上部加載部分和下部加載部分分別設(shè)置于待測(cè)試件的上下兩端；上部加載部分包括頂板、一個(gè)上部加載件和一個(gè)螺桿，頂板通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，頂板上開有與一個(gè)矩形槽，上部加載件的頂部設(shè)有凸起，凸起的形狀與矩形槽相匹配并嵌入至矩形槽中，且凸起在沿矩形槽延伸方向上開有供螺桿通過的孔洞，孔洞內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋以匹配螺桿，頂板在矩形槽位置的兩側(cè)端部開有通孔以供螺桿穿入至矩形槽中并穿過凸起上的孔洞，通過旋轉(zhuǎn)螺桿可實(shí)現(xiàn)上部加載件在矩形槽內(nèi)滑動(dòng)，上部加載件的底部為齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的上端；下部加載部分包括一個(gè)下部加載件，下部加載件頂部設(shè)有齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的下端；支撐件為整平輔助件，用于水平支撐待測(cè)試件，并用于確保上、下加載部分平齊，整平輔助件為矩形體，頂面放置待測(cè)試件，且中部留有用于容納下部加載件的空隙。

為了對(duì)試件進(jìn)行腐蝕環(huán)境下的測(cè)試，本實(shí)施例設(shè)有腐蝕溶液箱，腐蝕溶液箱內(nèi)設(shè)有腐蝕性溶液，支撐件和下部加載件均置于腐蝕溶液箱內(nèi)，支撐件與下部加載件均涂抹防腐涂層，待測(cè)試件浸泡于腐蝕溶液中，加載試驗(yàn)開始前，需將支撐件移走。

為了防止螺桿在疲勞加載過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)較好地楔緊上部加載件與螺桿交界面之間的間隙，加載部分還包括至少一個(gè)橡膠限位塊，橡膠限位塊呈倒u形，設(shè)置于矩形槽中并卡扣在螺桿上。與鋼材相比，橡膠材料是軟性材料，一旦卡進(jìn)螺桿，可以在一定程度上適應(yīng)螺桿上的螺紋形狀，能夠起到較好的穩(wěn)定作用。

為了防止橡膠限位塊可能在疲勞加載過程中逐漸松動(dòng)，并從槽內(nèi)跳出的情況發(fā)生，加載部分還包括與橡膠限位塊數(shù)量相等的滑動(dòng)條和用于固定滑動(dòng)條的鎖緊螺釘，滑動(dòng)條與頂板上的矩形槽垂直設(shè)置于頂板上，滑動(dòng)條的兩端為向下延伸出的鉤狀件并卡扣在頂板的兩相對(duì)邊緣處，鉤狀件設(shè)有螺孔并通過鎖緊螺釘穿過螺孔來進(jìn)行固定。鎖緊螺釘將滑動(dòng)條固定在頂板上?；瑒?dòng)條穿過矩形槽的位置為矩形槽內(nèi)所設(shè)橡膠限位塊的位置，這樣滑動(dòng)條從上方擋住橡膠限位塊，可有效避免橡膠限位塊發(fā)生異動(dòng)。

為了使整個(gè)裝置保持水平以保證試驗(yàn)效果，本實(shí)施例還包括氣泡水準(zhǔn)儀，氣泡水準(zhǔn)儀設(shè)置于上部加載部分的頂板上。這樣可根據(jù)氣泡水準(zhǔn)儀來調(diào)整裝置以保持水平。氣泡水平儀與支撐件均用于確保加載裝置的位置精確，提高控制精度。另外，球鉸連接部分具有可調(diào)節(jié)性，當(dāng)測(cè)試試件擺放位置出現(xiàn)偏差時(shí)，將出現(xiàn)偏心加載的情況，從而導(dǎo)致上部加載部分不再水平，此時(shí)需對(duì)測(cè)試件擺放位置進(jìn)行調(diào)整，此反饋機(jī)制有利于提高試驗(yàn)精度。

本實(shí)施例裝置可用于混凝土立方體試塊或混凝土棱形試塊的劈裂試驗(yàn)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例包括球鉸連接部分、加載部分和支撐件，支撐件上設(shè)有待測(cè)試件，所述的加載部分通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器并對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行壓力加載；

加載部分包括上部加載部分和下部加載部分，上部加載部分和下部加載部分分別設(shè)置于待測(cè)試件的上下兩端；上部加載部分包括頂板、至少兩個(gè)上部加載件和數(shù)量與上部加載件相等的螺桿，頂板通過球鉸連接部分連接疲勞試驗(yàn)機(jī)的作動(dòng)器，頂板上開有與上部加載件數(shù)量相等的矩形槽，上部加載件的頂部設(shè)有數(shù)量與矩形槽相等的凸起，凸起的形狀與矩形槽相匹配并嵌入至矩形槽中，且凸起在沿矩形槽延伸方向上開有供螺桿通過的孔洞，每個(gè)上部加載件凸起上的孔洞均只有一個(gè)設(shè)有內(nèi)螺紋以匹配螺桿，且每個(gè)設(shè)有內(nèi)螺紋的孔洞均不處于同一個(gè)矩形槽內(nèi)，頂板在矩形槽位置的兩側(cè)端部開有通孔以供螺桿穿入至矩形槽中并穿過凸起上的孔洞，通過旋轉(zhuǎn)螺桿可實(shí)現(xiàn)上部加載件在矩形槽內(nèi)滑動(dòng)，且一根螺桿相對(duì)應(yīng)地僅控制一個(gè)上部加載件的滑動(dòng)，上部加載件的底部為齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的上端；下部加載部分包括至少一個(gè)下部加載件，下部加載件頂部設(shè)有齒狀凸起并接觸待測(cè)試件的下端；支撐件為整平輔助件，用于水平支撐待測(cè)試件，并用于確保上、下加載部分平齊，整平輔助件為矩形體，頂面放置待測(cè)試件，且中部留有用于容納下部加載件的空隙。

本實(shí)施例還同樣包括與實(shí)施例1相同的球鉸連接部分、腐蝕溶液箱、橡膠限位塊、滑動(dòng)條、鎖緊螺釘和氣泡水準(zhǔn)儀。

本實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處，在于上下部加載件的數(shù)量均為多個(gè)，這樣可滿足不同情況下對(duì)于試件多點(diǎn)進(jìn)行加載試驗(yàn)的需要。同時(shí)為了加工方便的需要，本實(shí)施例在上部加載件的頂部設(shè)有數(shù)量與矩形槽相等的凸起。實(shí)際上也可根據(jù)具體需要，每個(gè)上部加載件頂部只設(shè)置一個(gè)凸起，且不同的上部加載件的凸起根據(jù)對(duì)應(yīng)不同矩形槽的具體位置而不同。

如圖1、圖2所示，整個(gè)上部加載部分3通過在頂板301鉆孔并通過球鉸連接部分2與疲勞試驗(yàn)機(jī)作動(dòng)器1進(jìn)行安裝連接，球鉸連接部分2具體構(gòu)造如圖3所示。頂板301中部設(shè)有矩形槽供上部加載件305滑動(dòng)，兩根螺桿303分別穿過兩個(gè)上部加載件305以及頂板301，旋轉(zhuǎn)螺桿303可實(shí)現(xiàn)上部加載件305的滑動(dòng)。如圖4所示，上部加載件305開設(shè)兩個(gè)圓形孔洞，一個(gè)孔洞設(shè)有與螺桿303相適應(yīng)的螺紋，而另一個(gè)孔洞則光滑，因此可實(shí)現(xiàn)一根螺桿303相對(duì)應(yīng)地只控制一個(gè)上部加載件305的位置移動(dòng)，從而可以根據(jù)不同試件尺寸調(diào)整上部加載件305位置。

所述橡膠限位塊306用于卡住螺桿303，防止上部加載件305在試驗(yàn)過程中位置變動(dòng)。所述滑動(dòng)條及鎖緊螺釘302可沿頂板301滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)條的位置確定，通過擰緊螺釘可固定橡膠限位塊306，從而進(jìn)一步固定上部加載件305，如圖5所示。

所述氣泡水平儀304固定于頂板301，用于保證整個(gè)上部加載部分3水平。所述支撐件5用于水平支撐待測(cè)試件，并確保上、下加載部分平行且對(duì)齊，如圖6和圖7所示。試驗(yàn)開始前，將支撐件5移走即可進(jìn)行疲勞加載試驗(yàn)。氣泡水平儀304與支撐件5均用于確保加載裝置的位置精確，提高控制精度。

所述腐蝕溶液箱7穿過下部加載件6并裝有溶液用于模擬腐蝕環(huán)境，如有需要，也可將腐蝕溶液箱7替換成已有的密閉鹽霧箱或是海水循環(huán)動(dòng)力裝置等。下部加載件6與底部鋼板焊接成整體，再利用螺栓與疲勞試驗(yàn)機(jī)底座連接。

基于本發(fā)明裝置并參照規(guī)范《standardtestmethodformeasurementoffatiguecrackgrowthrates》可開展腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)?；驹囼?yàn)方法為：將單邊缺口試件倒裝，使試件缺口位于腐蝕溶液水面位置，引伸計(jì)安裝于試件缺口位置，根據(jù)柔度法，借助引伸計(jì)監(jiān)測(cè)單邊缺口試件開口位移，從而監(jiān)測(cè)得到試件在腐蝕溶液與疲勞荷載耦合作用下的裂紋擴(kuò)展速率。

基于本發(fā)明裝置并參照規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》也可模擬小型梁式構(gòu)件在腐蝕環(huán)境-疲勞荷載耦合作用下的抗彎性能試驗(yàn)，研究環(huán)境-疲勞耦合作用下構(gòu)件的壽命和抗彎剛度等性能退化規(guī)律。