[发明专利]圆钢管超低周疲劳试验装置及塑性变形采集方法

权利要求书

1.圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于，包括门式反力架（1）、位于门式反力架（1）后方正中的加载支架（10）以及包含有作动器（2）的电液伺服结构试验系统；作动器（2）竖直连接在门式反力架（1）的横梁中部下方，作动器（2）的端头朝下且连接有联系梁（3），门式反力架（1）的左、右竖直架以及加载支架（10）上均设有竖向的滑槽（5）；所述联系梁（3）左右两侧分别通过一个限位支架（4）滑动连接在门式反力架（1）的左、右竖直架上的滑槽（5）内；联系梁（3）的后侧也通过一个限位支架（4）滑动连接在加载支架（10）上的滑槽（5）内；限位支架（4）均呈水平设置且长度可调；联系梁（3）的底部连接有上支座（6），位于上支座（6）正下方的地面上安装有高度可调的底支座（8），上支座（6）和底支座（8）上均开有用于连接螺栓球与圆钢管的组合试件（7）的螺栓孔；作动器（2）、联系梁（3）、上支座（6）、底支座（8）的重心连线与地表垂直。

2.依据权利要求1所述的圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于：联系梁（3）为正方形，联系梁（3）左、右、后三向连接限位支架（4），每个限位支架（4）另一端焊有抱钩（12）并通过抱钩（12）与门式反力架（1）以及加载支架（10）上的滑槽（5）连接。

3.依据权利要求2所述的圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于：限位支架（4）分为两段，两段相对的一端均设有法兰圆盘（11），法兰圆盘（11）之间通过螺杆（13）连接以实现限位支架（4）的长度调节。

4.依据权利要求1~3任一项所述的圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于：电液伺服结构试验系统中的作动器（2）底座通过长杆螺栓与门式反力架（1）横梁固定，端头通过高强螺栓与联系梁（3）顶部连接。

5.依据权利要求1~3任一项所述的圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于：通过地脚锚栓将垫板固定于地表，形成满足试验要求的固定台座，调节垫板使之水平，底支座（8）用高强螺栓固定于垫板上。

6.依据权利要求5所述的圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于：将联系梁（3）钻孔通过高强螺栓与上支座（6）连接。

7.依据权利要求1~3任一项所述的圆钢管超低周疲劳试验装置，其特征在于：门式反力架（1）包括一对竖直设置的H型钢柱以及连接在H型钢柱顶端的箱型梁；H型钢柱通过地脚锚栓固定于地面，H型钢柱与箱型梁之间通过高强螺栓连接。

8.圆钢管塑性变形采集方法，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述的圆钢管超低周疲劳试验装置来实现，该方法包括：

a、预先将圆钢管沿轴向以杆件中点截面为始点上下300mm范围内每20mm取一个截面，共31个截面，每个截面标定四个等分点，并保持每层截面四等分点竖向保持一条直线；

b、通过ArtecEVA3D扫描仪和游标卡尺分别记录原始直径和加载后力卸载为零时的截面直径并进行对比，确保数据准确；

c、通过ArtecEVA3D扫描仪所得直径的变化得知钢管轴向发生塑性变形的范围；

d、在得知圆钢管发生塑性变形区域的范围内测量出塑性变形区域钢管的椭圆度：提取截面直径大值、小值分别为长、短轴直径，并令长轴与短轴变化值的差除初始直径的平均值为椭圆度；

e、塑性变形区域钢管的缩颈量：令加载后截面椭圆化面积与原始截面面积的差除原始截面面积的百分数为缩颈量；

f、测量钢管在反复循环荷载作用下发生断裂以后塑性变形区域钢管的伸长量：记录断后塑性变形区域标定点长度并减去原始长度即为塑性变形区域钢管的伸长量；

g、 预先将钢管端部和中点截面四等分，并保持每层截面四等分点沿轴向保持一条直线，四等分点作为控制点；

h、用南方测绘NST-360R型全站仪记录圆钢管控制点的坐标及加载后的变化过程，利用坐标求出圆钢管在荷载作用下挠度及变化与ArtecEVA3D扫描仪所求挠度进行对比，确保数据准确；

i、为对圆钢管杆件断口处壁厚变化进行测量，使用标智GM130型超声波测厚仪，并结合游标卡尺对断口附近壁厚进行测量，在得到断口厚度变化情况后，在断口截面厚度最薄和最厚处沿轴向以10mm为间隔布置10个测点，研究壁厚沿杆件轴线方向的变化；

j、前述加载中，圆钢管两端均通过高强螺栓连接有上下螺栓球，构成螺栓球和钢管组合试件（7）；上螺栓球通过高强螺栓与上支座（6）相连接，下螺栓球通过高强螺栓与底支座（8）相连接；并保证作动器（2）、联系梁（3）、上支座（6）、底支座（8）的重心连为一条直线且与水平地面垂直；对试件进行循环往复加载直至试件发生断裂、力卸载为零为止。