脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法
【专利摘要】一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，在检测到试件进入下降段脆断临界状态时立即反向加载，使原来连接高压进油管的加载腔切换到低压回油管，让压力快速衰减；同时原来的回油腔变成加载腔，腔内的油液一方面拖住活塞，阻止其惯性下滑，另一方面加快原来加载腔的卸压，同时加载设备所储存的弹性能释放和加载设备弹性变形的恢复也由活塞杆的反向回收来抵消，直到原加载腔的压力小于试件的承载力重新取得平衡而恢复正常控制；如此循环直到满足试验停止条件试件。本发明无需增加机械结构和控制系统硬件，节约成本。不对试件承载力叠加额外阻尼力，不影响测量精度和数据处理难度。对任何吨位的脆断都能做出的实时适度响应。
【专利说明】脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，属于大型土木工程结构试验【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在大型土木工程结构试验【技术领域】中，脆性试件如素混凝土柱等的下降段测量是学界难题，减缓脆性破坏时瞬间能量释放造成的冲击破坏也是学界难题。
[0003]目前应用的控制系统及控制算法，由于无法预测试件状态，在脆性试件进入下降段时，由于试件破坏速度极快，系统还没对上一时刻已经下降的承载力作出响应，试件的承载力已经变得更低。由于系统对荷载的卸载速度小于且承载力的下降速度，卸载控制调节迟于承载力下降，系统的卸载调节始终落后于试件承载力状态的变化。再加上加载设备所储存弹性能瞬间释放的叠加效果，使得试件发生瞬间崩碎。
[0004]目前常用的解决方法之一是加大流量、缩短系统延迟，但这需要功率更大的电机和油泵，更粗的油管、更精密的元器件和更高的成本。
[0005]另外一种方法就是和试件间并联阻尼装置，这首先增加安装、测量工作和成本；其次由于不同试件的脆断点吨位不同，阻尼装置只能在其自身承载力范围内才能起保护作用；由于阻尼器存在一定程度的非线性，增加了数据处理的难度，测量结果精确性也有所降低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供了一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，该方法及装置不仅克服了传统测量方法的局限性，同时降低了后期数据处理的难度。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，所述脆性试件的状态通过力传感器、位移传感器进行实时监测，试件设置在传感器和地面之间。
[0008]在检测到试件进入下降段脆断临界状态时，即位移控制条件下试件承载力减小、位移变形增大且位移控制精度超差，此时立即反向加载，使原来连接高压进油管的加载腔切换到低压回油管，让压力快速衰减；同时原来的回油腔变成加载腔，腔内的油液一方面拖住活塞，阻止其惯性下滑，另一方面加快原来加载腔的卸压，同时加载设备所储存的弹性能释放和加载设备弹性变形的恢复也由活塞杆的反向回收来抵消，直到原加载腔的压力小于试件的承载力重新取得平衡而恢复正常控制；如此循环直到满足试验停止条件试件:即承载力f2小于预设试验停止力阈值PF或者试件变形大于预设试验停止位移阈值匕。
[0009]本发明对试件进入下降段脆断临界状态的检测依据是:位控命令恒定时，试件承载力降低、试件位移变形增大、目标位移与位移命令误差超过控制精度所允许误差。
[0010]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0011]1、无需增加机械结构和控制系统硬件，节约成本。
[0012]2、不对试件承载力叠加额外阻尼力，不影响测量精度和数据处理难度。
[0013]3、对任何吨位的脆断都能做出的实时适度响应。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1本发明方法的流程图。
[0015]图2为本装置的实施例加载图。
[0016]图3为本装置的实施例卸载图。
[0017]图中:1、高压进油管，2、电液伺服阀，3、上腔油管，4、油缸，5、上腔，6、活塞，7、活塞杆，8、下腔，9、力传感器，10、位移传感器，11、下腔油管，12、低压回油管，13、控制器，14、试件。
[0018]Δ Ll为位移加载(活塞、活塞杆下行)增幅；
[0019]AUl为位移卸载(活塞、活塞杆下行)增幅；
[0020]PF为预设试验停止条件力阀值；
[0021]PL为预设试验停止条件位移阀值；
[0022]为系统控制精度。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0024]如图1-2所示，一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，所述脆性试件的状态通过力传感器9、位移传感器10进行实时监测，所述试件14设置在传感器9和地面之间。
[0025]在检测到试件14进入下降段脆断临界状态时，即位移控制条件下试件承载力减小、位移变形增大且位移控制精度超差，此时立即反向加载，使原来连接高压进油管1的加载腔切换到低压回油管12，让压力快速衰减；同时原来的回油腔变成加载腔，腔内的油液一方面拖住活塞6，阻止其惯性下滑，另一方面加快原来加载腔的卸压，同时加载设备所储存的弹性能释放和加载设备弹性变形的恢复也由活塞杆7的反向回收来抵消，直到原加载腔的压力小于试件14的承载力重新取得平衡而恢复正常控制；如此循环直到满足试验停止条件试件:即承载力&小于预设试验停止力阈值匕或者试件变形大于预设试验停止位移阈值1\。
[0026]本发明对试件进入下降段脆断临界状态的检测依据是:位控命令恒定时，试件承载力降低、试件位移变形增大、目标位移与位移命令误差超过控制精度所允许误差。
[0027]图2-3中，控制器13在位控方式下实时采集位移传感器10和力传感器9数据，并根据承载力减小、位移变形增大且位移控制精度超差进行试件脆断状态判定，一旦控制器13判定目前试件处于脆断状态，就控制电液伺服阀2执行换向操作，把高压进油管1接到下腔油管11，向油缸4的下腔8注入高压油，同时把低压回油管12接到上腔油管3，让油缸4的上腔5内的油液卸压并回流，这样活塞6带动活塞杆7反向运动给试件卸载并释放设备储存的弹性能，直到试件脱离脆断状态后继续正常加载。
[0028]ALl是人为设定的每次位移加载命令的增幅，也就是油缸向下移动的位移增幅，也就是说，位移命令每次在原来的基础上增加Λ、。
[0029]AUl是人为设定的每次位移卸载命令的增幅，也就是油缸向上移动的位移增幅，也就是说，位移命令每次在原来的基础上减少Λ队。
[0030]PL是人为设定的预设试验停止条件位移阈值，也就是说，当试件的变形大于匕，那么试件的变形量满足试验要求。
[0031]δ L是人为设定的系统控制精度，也是控制系统误差带，当两次测量值差的绝对值大于说明当前处于失控状态。
[0032]S1首先测量当前试件承载力F，赋值给Fi，测量位移L，赋值给Q ；
[0033]S2读取当前位移控制加载命令(以下简称位移命令)Q，CL是控制器试件承载当前控制电液伺服阀动作的操作值；
[0034]S3测量当前力F，赋值给F2，测量位移L，赋值给L2 ；
[0035]当前力或位移满足停止条件，即力降到阀值匕以下或者变形达到阀值匕以上，试验结束；
[0036]S4否则判断试件是否处于脆断临界状态；
[0037]S5.1如果是，把当前的力和位移分别赋给F:和L1;然后用当前位移命令减去位移卸载增幅，即以目前位置为基准，向反方向提活塞和活塞杆。此时，控制器控制伺服阀换向，原来的加载腔(上腔)由高压进油管切换到低压回油管，同时原来卸载腔(下腔)变为加载腔切换到高压进油管，实现上腔的迅速卸载和弹性能的释放；
[0038]S5.2如果不是脆断临界状态，把当前的力和位移分别赋给匕和L1;然后在原命令基础上增加位移加载增幅，继续试验；
[0039]S6测量当前力F，赋值给F2，测量位移L，赋值给L2，继续此循环；
[0040]S7直到试验结束。
【权利要求】
1.一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，其特征在于:所述脆性试件的状态通过力传感器(9)、位移传感器(10)进行实时监测，试件(14)设置在传感器(9)和地面之间； 在检测到试件(14)进入下降段脆断临界状态时，即位移控制条件下试件承载力减小、位移变形增大且位移控制精度超差，此时立即反向加载，使原来连接高压进油管(I)的加载腔切换到低压回油管(12)，让压力快速衰减；同时原来的回油腔变成加载腔，腔内的油液一方面拖住活塞(6)，阻止其惯性下滑，另一方面加快原来加载腔的卸压，同时加载设备所储存的弹性能释放和加载设备弹性变形的恢复也由活塞杆(7)的反向回收来抵消，直到原加载腔的压力小于试件(14)的承载力重新取得平衡而恢复正常控制；如此循环直到满足试验停止条件试件即承载力F2小于预设试验停止力阈值Pf或者试件变形大于预设试验停止位移阈值； 对试件进入下降段脆断临界状态的检测依据是位控命令恒定时，试件(14)承载力降低、试件位移变形增大、目标位移与位移命令误差超过控制精度所允许误差。
2.根据权利要求1所述的一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，其特征在于:控制器(13)在位控方式下实时采集位移传感器(10)和力传感器(9)数据，并根据承载力减小、位移变形增大且位移控制精度超差进行试件脆断状态判定，一旦控制器(13)判定目前试件处于脆断状态，就控制电液伺服阀(2)执行换向操作，把高压进油管(I)接到下腔油管(11)，向油缸⑷的下腔⑶注入高压油，同时把低压回油管(12)接到上腔油管(3)，让油缸(4)的上腔(5)内的油液卸压并回流，这样活塞(6)带动活塞杆(7)反向运动给试件卸载并释放设备储存的弹性能，直到试件脱离脆断状态后继续正常加载； ALl是人为设定的每次位移加载命令的增幅，也就是油缸向下移动的位移增幅，也就是说，位移命令每次在原来的基础上增加ALy AUl是人为设定的每次位移卸载命令的增幅，也就是油缸向上移动的位移增幅，也就是说，位移命令每次在原来的基础上减少AUy Pl是人为设定的预设试验停止条件位移阈值，也就是说，当试件的变形大于Py那么试件的变形量满足试验要求； δ L是人为设定的系统控制精度，也是控制系统误差带，当两次测量值差的绝对值大于S μ说明当前处于失控状态。
3.根据权利要求1所述的一种脆性试件下降段测量暨脆断冲击缓解方法，其特征在于:该方法的实施过程如下， SI首先测量当前试件承载力F，赋值给F1，测量位移L，赋值给L1 ； S2读取当前位移控制加载命令Q，Cl是控制器试件承载当前控制电液伺服阀动作的操作值； S3测量当前力F，赋值给F2,测量位移L，赋值给L2 ； 当前力或位移满足停止条件，即力降到阀值Pf以下或者变形达到阀值以上，试验结束； S4否则判断试件是否处于脆断临界状态； S5.1如果是，把当前的力和位移分别赋给F1和L1，然后用当前位移命令减去位移卸载增幅，即以目前位置为基准，向反方向提活塞和活塞杆；此时，控制器控制伺服阀换向，原来的加载腔由高压进油管切换到低压回油管，同时原来卸载腔变为加载腔切换到高压进油管，实现上腔的迅速卸载和弹性能的释放； S5.2如果不是脆断临界状态，把当前的力和位移分别赋给F1和L1，然后在原命令基础上增加位移加载增幅,继续试验； S6测量当前力F，赋值给F2,测量位移L，赋值给L2,继续此循环； S7直到试验结束。
【文档编号】G01N3/00GK104316390SQ201410514855
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】陈利民, 李洪泉, 张小迪 申请人:北京工业大学