[发明专利]焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法

权利要求书

1.一种焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置，包括底板，其特征在于，所述底板上表面的一侧固定有机架，所述的机架上表面固定有试件，所述试件的一端与机架固定，另一端悬空；试件悬空端的下方设有垂直焊缝方向初始应力施加系统，所述的垂直焊缝方向初始应力施加系统包括底座，所述的底座与底板固定，底座上固定有螺纹杆，螺纹杆上设有上固定螺帽与下固定螺帽，上固定螺帽与下固定螺帽之间设有弹簧连接滑块，所述弹簧连接滑块的上表面设有垂直焊缝方向初始应力施加弹簧，垂直焊缝方向初始应力施加弹簧的顶部连接有螺帽，螺帽上方设有弹簧固定螺母，所述的弹簧固定螺母及螺帽与试件连接；所述试件的宽度方向对称设有焊缝轴向初始应力施加系统，所述的焊缝轴向初始应力施加系统包括固定框架，所述固定框架的侧面与机架连接，固定框架的正面设有弹簧限位板，所述弹簧限位板的一端与调节螺杆连接，另一端通过弹簧与轴向压力板连接，所述的轴向压力板与试件侧面接触；所述试件悬空端的端部固定有横向铰接系统，所述的横向铰接系统包括对称分布的固定外壳，通过固定外壳与试件连接，所述的固定外壳之间设有FRP连接板，FRP连接板的上下表面均固定有若干滚轮，所述滚轮的两端均与固定外壳侧面的滚轮限位孔连接，FRP连接板的一端插入水平限位块中，另一端设有FRP板固定孔，通过FRP板固定孔与杠杆式传力系统连接；所述的杠杆式传力系统包括支撑杆、轴承、阻力杆和动力杆，所述的阻力杆一端与FRP连接板连接，另一端与轴承连接，所述的动力杆一端与轴承连接，另一端与疲劳试验机连接，所述的轴承之间贯穿有支撑杆；所述的杠杆式传力系统沿试件的长度方向设置，其端部连接有安全悬挂式疲劳加载系统，所述的安全悬挂式疲劳加载系统包括支撑架、悬臂、疲劳试验机与横向连接垫板，所述的疲劳试验机通过横向连接垫板与动力杆连接，疲劳试验机的顶部连接悬臂，悬臂的一端与支撑架固定；所述的杠杆式传力系统还穿过高度可调基座，其贯穿方向与试件宽度方向平行，所述的高度可调基座设置在底板上表面。

2.根据权利要求1所述的焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置，其特征在于，所述的高度可调基座包括基座上部和基座下部，所述的基座上部包括支撑杆通过孔和基座调位杆通过孔，所述的支撑杆通过孔用于穿过支撑杆，所述的基座下部包括主基座，主基座上表面固定有基座调位杆，所述的基座调位杆穿过基座调位杆通过孔将基座上部和基座下部连接。

3.基于权利要求1至2任一项所述的焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)粘贴初始加载控制应变片：在所关注的焊缝应力测点部位粘贴三向应变花，其中0°的应变片与焊缝水平，90°的应变片与焊缝垂直；

(2)安装试验装置及试件，将初始加载控制应变片与应变仪连接，并进行数据调试；

(3)焊缝轴向初始应力预施加：同步调整试件两侧的焊缝轴向初始应力施加系统，通过应变仪测量得到所施加的焊缝轴向初始应力大小，待焊缝轴向初始应力值达到试验要求后，测量两侧调节螺帽的旋进距离，作为所需施加焊缝轴向应力的初始参数；

(4)垂直焊缝方向初始应力预施加，包括：

垂直于焊缝方向初始拉应力预施加：通过调整垂直焊缝方向初始应力施加系统，实现试件端部的下挠，通过应变仪测量得到垂直于焊缝方向的初始应力，待垂直焊缝方向初始应力值达到试验要求后，记录上固定螺帽的旋进位移，作为所需施加垂直于焊缝方向应力的初始参数；

垂直于焊缝方向初始压应力预施加：通过调整垂直焊缝方向初始应力施加系统，实现试件端部的上挠，通过应变仪测量得到垂直于焊缝方向的初始应力，待垂直焊缝方向初始应力值达到试验要求后，记录下固定螺帽的旋进位移，作为所需施加垂直于焊缝方向应力的初始参数；

(5)焊缝多轴应力的疲劳加载：对试件焊缝部位进行打磨，依据试验需求粘贴应变片，并与应变仪连接，依据预施加得到的焊缝轴向应力初始参数、垂直于焊缝方向应力初始参数，完成对试件两侧焊缝轴向初始应力施加系统、垂直焊缝方向初始应力施加系统的调整，得到所需的焊缝多轴应力状态，启动疲劳试验机并调制所需加载频率，开始基于焊缝多轴应力状态的疲劳试验。