一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置及其控制方法与流程

本申请涉及紧固件腐蚀疲劳测试，具体地，涉及一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置及其控制方法。

背景技术：

1、海上风电等海洋工程中的紧固件长期处于高湿、高盐雾等环境，并会受到阵风、偏航及海浪冲击等引起的循环机械载荷。现有腐蚀试验与疲劳试验多分别进行，部分疲劳试验采用标准试样或直接轴向加载，难以同时反映紧固件在连接状态下受到交变偏载与腐蚀环境共同作用时的受力和损伤过程。因此，需要一种能够在同一试验过程中向待测紧固件施加可控偏载并形成腐蚀环境的测试装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置及其控制方法，以使待测紧固件在承受可控机械载荷的同时处于腐蚀环境中，并能够对待测紧固件的轴向受力状态进行检测和调节。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置，包括机架、加载部、支撑部以及环境模拟舱。所述加载部包括连接杆，所述连接杆与所述支撑部沿竖向压抵，并能够通过待测紧固件形成紧固连接。所述加载部还包括加载平台、第一液压缸和第二液压缸，所述加载平台设置于所述连接杆的顶端，且所述加载平台的中点位于所述连接杆的中心轴线的延长线上；所述第一液压缸和所述第二液压缸的底端均铰接于所述加载平台，顶端均铰接于所述机架；所述加载平台的中点位于所述第一液压缸和所述第二液压缸与所述加载平台铰接位置的连线的中点。所述第一液压缸和所述第二液压缸能够独立控制，以分别调节各自加载力的大小和方向；所述第一液压缸和所述第二液压缸的加载力分别以各自铰接位置相对于所述加载平台中点的偏置形成弯矩，两个弯矩按方向叠加后经所述加载平台和所述连接杆施加于所述待测紧固件，且两缸加载力形成附加轴向合力。所述环境模拟舱至少包围所述连接杆与所述支撑部相接的位置，用于对所述待测紧固件形成腐蚀环境。所述海上紧固件腐蚀疲劳测试装置还包括轴力检测件和控制器，所述控制器分别与所述轴力检测件、所述第一液压缸和所述第二液压缸通信连接；所述轴力检测件用于检测所述待测紧固件的实际轴向力，所述控制器用于将所述实际轴向力与目标轴向力进行比较，并根据比较结果同步调节所述第一液压缸和所述第二液压缸各自加载力中的共同加载分量fc，以使所述待测紧固件的轴向力处于设定范围内。

3、上述装置中，两缸加载力分别以各自铰接位置相对于加载平台中点的偏置形成弯矩，并能够通过加载力的组合形成附加轴向合力；环境模拟舱使待测紧固件在受载过程中处于腐蚀环境。轴力检测件用于获取待测紧固件的实际轴向力，控制器根据实际轴向力与目标轴向力的比较结果，同步调节第一液压缸和第二液压缸各自加载力中的共同加载分量fc，从而调节待测紧固件的轴向受力状态。

4、本发明还提供了一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法。所述海上紧固件腐蚀疲劳测试装置包括加载平台、连接杆、第一液压缸、第二液压缸以及环境模拟舱，所述加载平台设置于所述连接杆的顶端，所述第一液压缸和所述第二液压缸的底端分别铰接于所述加载平台的中点两侧。所述控制方法包括：分别控制所述第一液压缸和所述第二液压缸向所述加载平台施加大小和方向各自独立可调的加载力f1和f2，使所述加载力f1和f2分别以各自铰接位置相对于所述加载平台中点的偏置形成弯矩，两个弯矩按方向叠加后经所述加载平台和所述连接杆施加于所述待测紧固件，且所述加载力f1和f2形成附加轴向合力；在向所述待测紧固件施加载荷的过程中，通过所述环境模拟舱对所述待测紧固件形成腐蚀环境，并控制所述环境模拟舱按照进液、液位保持、排液以及干燥和/或盐雾的顺序切换，以使所述待测紧固件在受载状态下经历周期性的湿润、浸没和相对干燥阶段。

5、上述控制方法通过第一液压缸和第二液压缸的加载力组合向待测紧固件施加弯矩和附加轴向合力，并在机械加载过程中利用环境模拟舱形成腐蚀环境，使机械载荷与腐蚀环境在同一试验过程中作用于待测紧固件。

6、由此，本申请能够在待测紧固件受载过程中形成腐蚀环境，并能够基于轴力检测结果调节两缸加载力中的共同加载分量fc，从而对待测紧固件的轴向受力状态进行调节。

1.一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置，其特征在于，包括机架(100)、加载部(200)、支撑部(300)以及环境模拟舱(400)，所述加载部(200)包括连接杆(210)，所述连接杆(210)与所述支撑部(300)沿竖向压抵，并能够通过待测紧固件形成紧固连接；

2.根据权利要求1所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置，其特征在于，所述支撑部(300)包括与所述连接杆(210)沿竖向对接的支撑杆(310)，所述连接杆(210)的底端和所述支撑杆(310)的顶端均设置有对接法兰；

3.根据权利要求2所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置，其特征在于，所述轴力检测件为环形轴力传感器，或者所述轴力检测件采用超声轴力检测方式，以获取所述待测紧固件的实际轴向力；

4.根据权利要求3所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置，其特征在于，还包括应变检测件和声发射传感器；所述应变检测件设置于所述对接法兰和/或所述待测紧固件，用于检测对应位置的应变；所述声发射传感器用于采集所述待测紧固件的声发射信号。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置，其特征在于，所述环境模拟舱(400)设置有盐雾发生器、进液口和排液口，所述盐雾发生器用于向所述环境模拟舱(400)内喷射盐雾，所述进液口用于向所述环境模拟舱(400)内通入模拟海水，所述排液口用于排出所述模拟海水。

6.一种海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法，其特征在于，所述海上紧固件腐蚀疲劳测试装置包括加载平台(220)、连接杆(210)、第一液压缸(230)、第二液压缸(240)以及环境模拟舱(400)，所述加载平台(220)设置于所述连接杆(210)的顶端，所述第一液压缸(230)和所述第二液压缸(240)的底端分别铰接于所述加载平台(220)的中点两侧，所述控制方法包括：

7.根据权利要求6所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法，其特征在于，在控制所述第一液压缸(230)和所述第二液压缸(240)向所述加载平台(220)施加载荷之前，还包括：

9.根据权利要求7所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法，其特征在于，所述目标弯矩时程m’(t)为周期性交变弯矩时程，并满足：

10.根据权利要求9所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法，其特征在于，在纯弯曲加载模式下，所述平均弯矩mm为0，所述目标轴向力时程n’(t)为0，所述第一液压缸(230)和所述第二液压缸(240)的加载力满足：

11.根据权利要求6-10任一项所述的海上紧固件腐蚀疲劳测试装置的控制方法，其特征在于，所述海上紧固件腐蚀疲劳测试装置还包括支撑部(300)，所述支撑部(300)包括与所述连接杆(210)沿竖向对接的支撑杆(310)，所述连接杆(210)的底端和所述支撑杆(310)的顶端均设置有对接法兰；所述海上紧固件腐蚀疲劳测试装置还包括应变检测件和声发射传感器；所述应变检测件设置于所述对接法兰和/或所述待测紧固件，用于检测对应位置的应变；所述声发射传感器用于采集所述待测紧固件的声发射信号；