[发明专利]一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，包括机架，带焊缝的试件一端固定在机架上，另一端悬臂；所述试件悬臂端分别设有沿焊缝轴向施加荷载的动力系统、应力调控系统；在试件的外侧设有安装动力系统及应力调控系统的安装架，另一端分别与试件的悬臂端连接；试件上安装有光纤检测系统，试件的焊缝外侧设有可视化监测系统，应力施加系统、应力调控系统、光纤检测系统、可视化监测系统分别连接至PLC集成系统。本发明还提供了利用上述装置的方法。本发明的装置能够使焊缝受到纯剪应力作用，且PLC集成系统能够动态观测焊缝剪应力变化动态过程，更加直观方便。本发明的方法操作简便、精细化，满足焊缝剪应力疲劳试验的要求。

技术领域

本发明涉及一种剪应力疲劳试验装置及方法，具体涉及一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置及方法。

背景技术

钢桥面板构造复杂，多采用焊缝连接各个构造，然而由于焊缝存在焊接缺陷与较大的焊接残余应力，在反复的荷载作用下，易产生疲劳损伤，出现疲劳裂纹。钢桥面板常见的裂纹的焊缝位置有顶板与U肋焊缝、横隔板与U肋焊缝及U肋对接焊缝等部位。易出现疲劳裂纹的部位受力特征各不相同，如U肋对接焊缝主要承受拉应力、出现裂纹后的顶板与U肋焊缝裂纹存在剪应力作用、横隔板与U肋焊缝受到剪应力作用更为明显。

目前针对以上构造细节的强度或寿命研究通常采用S-N曲线进行研究，然而正应力与剪应力的疲劳强度曲线是分别定义的。由于受到试验条件与理论分析难度的限制，室内试验通常仅采用正应力对疲劳细节进行分析，导致试验结果无法真实的反应实桥焊缝的剪应力效应。部分试验通过设置斜焊缝，并改变焊缝角度，从而在焊缝部位施加正应力与剪应力的耦合作用。然而，由于正应力与剪应力曲线是完全分离的，采用该耦合作用的试验结果无法直接进行分析。因此，需要一种能够施加纯剪应力的试验装置及试验方法。

目前针对钢桥面板疲劳性能的疲劳试验，由于开裂特征难以观察，可能出现无法及时发现疲劳开裂的现象，无法准确记录开裂过程，因此需要一种具备全程动态可视化功能的试验装置及试验方法。

发明内容

发明目的：本发明的其中一个目的是提供一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，该装置能够施加沿焊缝轴向上的纯剪应力，并能够对焊缝开裂进行全程动态可视化监测；

本发明的另一个目的是提供一种动态可视化焊缝剪应力疲劳试验方法。

技术方案：本发明的动态可视化焊缝剪应力疲劳试验装置，包括机架，带焊缝的试件一端固定在机架上，另一端悬臂；所述试件的悬臂端分别设置有沿焊缝轴向施加载荷的动力系统、应力调控系统，所述应力调控系统根据动力系统施加载荷而施加用于抵消焊缝轴向所受弯矩的力；在所述试件的悬臂端上方设有安装架，所述动力系统及应力调控系统的一端分别与安装架连接，另一端分别与试件的悬臂端连接；所述试件连接有用于检测焊缝应力的光纤检测系统，所述机架的一侧设有用于监测试件焊缝应力变化的可视化监测系统，所述动力系统、应力调控系统、光纤检测系统、可视化监测系统分别与PLC集成系统连接。

优选地，所述动力系统包括设置于试件悬臂端位于悬臂端两侧的固定件，固定件上固定有沿焊缝轴向振动的振动电机，所述振动电机通过固定件将振动传递于试件上；所述安装架上设有可沿安装架移动的第一滑块，所述振动电机的另一端与第一滑块连接，并随第一滑块移动。

优选地，所述悬臂端两侧的固定件上设有用于调整并固定两侧固定件相对位置的调节器。

优选地，所述应力调控系统包括与试件的悬臂端连接的弹簧，所述弹簧的另一端与第二滑块连接，所述第二滑块设置于安装架上并可带动弹簧沿安装架移动。

更进一步地，所述弹簧与试件的连接处安装有监测弹簧受力的弹力监测仪。

优选地，所述可视化监测系统包括用于拍摄试件焊缝开裂过程的摄像机，所述摄像机安装于机架上；所述机架与PLC集成系统连接，根据PLC集成系统信号进行高度调节。