专利名称：一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统及控制方法
技术领域：
本发明一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统及控制方法。
背景技术：
在进行粘弹性材料的弯曲疲劳试验时，通常需要采用专门的试验夹具夹紧梁式试件。然而，在疲劳测试过程中由于测试材料本身的粘弹(或粘弹塑)特性，会导致梁式试件在夹具夹持位置及附近区域产生一定的累计蠕变变形。若试件的蠕变变形量过大，则会与假定的力学计算模型相不符，从而影响试验结果的准确性，甚至产生错误的试验结果。因而， 在粘弹性材料的弯曲疲劳试验过程中，如何控制夹具的夹持力以减小试件的蠕变变形量则非常关键。以浙青混合料小梁四点弯曲疲劳试验为例，虽然相关的试验规程(如美国的 AASHTO T321-07和ASTM D 7460-08标准)均对其测试方法的其他方面都做出了详细规定， 但对于试件夹具的夹持力大小则均为提及。夹持力的大小主要与控制每个夹头松紧程度的步进电机的电流强弱有关。通常，夹具生产厂家会将夹紧状态下的步进电机电流控制在以输出夹持力为500N为准，以此作为标准夹持力而无法调整或仅允许手工调整。在一般情况下，固定的夹持力能够满足常规的试验要求。然而，当在测试一些较软的浙青材料或者测试温度较高时，就容易使试件在夹紧位置及附近区域产生过大的蠕变变形，而影响试验结果的真实性和可靠性。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术的不足而提供一种能够动态调整夹具夹持力以减少粘弹性材料在弯曲疲劳试验时夹头位置的蠕变变形的试验控制系统，同时提供该试验控制系统的控制方法。本发明试验结果真实和可靠。为实现上述目的，本发明的第一个技术方案为一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统，包括测试件、计算机控制系统和连接于测试件与计算机控制系统之间的夹紧控制装置，还包括用于调整夹紧控制装置对测试件夹持力大小的调整装置，所述调整装置连接在夹紧控制装置与计算机控制系统之间。进一步的，所述夹紧控制装置包括步进电机、升降螺杆、测试件夹头、位移传感器、 位移传感器支架、传力框架、力传感器、动力系统；调整装置为设有调节开关的步进电机调节模块；升降螺杆连接在步进电机和测试件夹头之间，步进电机与步进电机调节模块相连， 测试件夹头夹住测试件，传力框架下端与测试件夹头连接，上端与力传感器相连，力传感器与动力系统相连；位移传感器固定在位移传感器支架上，位移传感器支架的端部与测试件表面接触，步进电机调节模块、位移传感器、力传感器和动力系统均与计算机控制系统相连。进一步的，所述测试件夹头设置有多个，传力框架下端与两个试件夹头铰接。
进一步的，所述调节开关采用接触式调节开关。本发明的第二个技术方案为
一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法，包括如下步骤 步骤1 夹紧控制装置夹住测试件；
步骤2 通过计算机控制系统，以极小的弯曲应变启动弯曲疲劳试验，在加载初期确定测试件材料的初始劲度模量值，此时以尽量小的试件初期损伤下得到初始劲度模量值为准；
步骤3 由计算机控制系统将初始劲度模量值按比例转化为电信号，输入调整装置，从而调整夹紧控制装置夹持测试件的夹持力；
步骤4 在设定的疲劳试验加载模式下，计算机控制系统按一定间隔采集衰减了的劲度模量值，作为反馈信号输入调整装置对夹紧控制装置夹持测试件的夹持力进行调整；
步骤5 由计算机控制系统动态监测测试件的性能状态，在达到设定的破坏标准后，停止疲劳试验，输入反向电信号，将夹紧控制装置回位至初始状态。优选的，所述夹紧控制装置包括步进电机、升降螺杆、测试件夹头、位移传感器、位移传感器支架、传力框架、力传感器、动力系统；调整装置为设有调节开关的步进电机调节模块；升降螺杆连接在步进电机和测试件夹头之间，步进电机与步进电机调节模块相连，测试件夹头夹住测试件，传力框架下端与测试件夹头连接，上端与力传感器相连，力传感器与动力系统相连；位移传感器固定在位移传感器支架上，位移传感器支架的端部与测试件表面接触，步进电机调节模块、位移传感器、力传感器和动力系统均与计算机控制系统相连； 所述步骤1为将测试件放入测试件夹头中，打开调节开关控制步进电机以小于25N的接触力夹持住测试件。优选的，所述步骤2为计算机控制系统根据设定的程序控制动力系统带动传力框架和测试件夹头对测试件进行弯曲动作，同时，控制步进电机调节模块逐步增加步进电机电流，使得测试件夹头夹持力以小于50个微应变弯动测试件，由位移传感器和力传感器分别测得测试件的变形和受力，反馈至计算机控制系统计算得到测试件的初始劲度模量值。优选的，所述步骤3为计算机控制系统根据初始劲度模量值大小将其按比例转化为电信号，反馈至步进电机调节模块，通过电机调节模块调整步进电机电流，以调整测试件夹头的夹持力。优选的，所述步骤4为计算机控制系统每隔50个加载循环即采集一次新的劲度模量值，反馈至电机调节模块，对步进电机的电流进行重新调节，从而实现对测试件夹头夹持力的动态调整。优选的，所述步骤5为在达到设定的破坏标准后，停止动力系统，控制输入反向电流松开步进电机，将测试件夹头松开并归位，取出测试件。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
本发明可实现对测试件夹头初始夹持力的调整，对于不同材质的粘弹性材料可施加不同大小的初始夹持力；本发明可实现对夹持力的实时动态调整，在整个疲劳试验过程中，根据材料本身劲度模量的衰减而减小夹持力，进一步减小试件在夹头位置的蠕变变形；本发明使试验过程中测试件的形状与假定的力学计算模型更相符，可扩大测试材料范围和试验温度范围，提高粘弹性材料进行弯曲疲劳试验时的成功率和可靠性。
图1为本发明试验控制系统连接图。
具体实施例方式以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明公开了一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统， 包括测试件11、计算机控制系统1和连接于测试件11与计算机控制系统1之间的夹紧控制装置以及用于调整夹紧控制装置对测试件夹持力大小的调整装置，所述调整装置连接在夹紧控制装置与计算机控制系统1之间。本实施例中，所述夹紧控制装置包括步进电机3、升降螺杆4、测试件夹头5、位移传感器6、位移传感器支架7、传力框架8、力传感器9、动力系统10 ；调整装置为设有调节开关12的步进电机调节模块2 ；升降螺杆4连接在步进电机3和测试件夹头5之间，步进电机 3与步进电机调节模块2相连，测试件夹头5夹住测试件11，传力框架8下端与测试件夹头 5连接，上端与力传感器9相连，力传感器9与动力系统10相连；位移传感器6固定在位移传感器支架7上，位移传感器支架7的端部与测试件11表面接触，步进电机调节模块2、位移传感器6、力传感器9和动力系统10均与计算机控制系统1相连。其中，测试件夹头5设置4个，传力框架8下端与中间两个试件夹头5铰接。调节开关12采用接触式调节开关。本实施例中，试验控制系统的控制方法具体包括下列步骤
步骤1 将测试件11放入测试件夹头5中，打开调节开关12控制步进电机3以小于25N 的接触力夹持住测试件11。步骤2 待测试件11达到试验温度范围时，计算机控制系统1根据设定的程序控制动力系统10带动传力框架8和测试件夹头5对测试件11进行弯曲动作，同时，控制步进电机调节模块2逐步增加步进电机电流，使得测试件夹头5夹持力以小于50个微应变弯动测试件11，由位移传感器6和力传感器9分别测得测试件11的变形和受力，反馈至计算机控制系统1计算得到测试件11的初始劲度模量值。步骤3:计算机控制系统1根据初始劲度模量值大小将其按比例转化为电信号，反馈至步进电机调节模块2，通过电机调节模块2调整步进电机电流，以调整测试件夹头5的夹持力。步骤4 在设定的疲劳试验加载模式下，计算机控制系统1每隔50个加载循环即采集一次新的劲度模量值，反馈至电机调节模块2，对步进电机3的电流进行重新调节，从而实现对测试件夹头5夹持力的动态调整。步骤5 在达到设定的破坏标准后，停止动力系统10，控制输入反向电流松开步进电机3，将测试件夹头5松开并归位，取出测试件11。以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
1.一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统，包括测试件(11)、计算机控制系统(1)和连接于测试件(11)与计算机控制系统(1)之间的夹紧控制装置，其特征在于还包括用于调整夹紧控制装置对测试件夹持力大小的调整装置，所述调整装置连接在夹紧控制装置与计算机控制系统之间。
2.根据权利要求1所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统，其特征在于所述夹紧控制装置包括步进电机(3)、升降螺杆(4)、测试件夹头(5)、位移传感器(6)、 位移传感器支架(7)、传力框架(8)、力传感器(9)、动力系统(10);调整装置为设有调节开关(12)的步进电机调节模块(2);升降螺杆(4)连接在步进电机(3)和测试件夹头(5)之间，步进电机(3)与步进电机调节模块(2)相连，测试件夹头(5)夹住测试件(11)，传力框架 (8)下端与测试件夹头(5)连接，上端与力传感器(9)相连，力传感器(9)与动力系统(10) 相连；位移传感器(6)固定在位移传感器支架(7)上，位移传感器支架(7)的端部与测试件 (11)表面接触，步进电机调节模块(2)、位移传感器(6)、力传感器(9)和动力系统(10)均与计算机控制系统(1)相连。
3.根据权利要求2所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统，其特征在于所述测试件夹头(5)设置有多个，传力框架(8)下端与两个试件夹头(5)铰接。
4.根据权利要求2所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统，其特征在于所述调节开关(12)采用接触式调节开关。
5.一种根据权利要求1所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤步骤1 夹紧控制装置夹住测试件；步骤2 通过计算机控制系统，以极小的弯曲应变启动弯曲疲劳试验，在加载初期确定测试件材料的初始劲度模量值，此时以尽量小的试件初期损伤下得到初始劲度模量值为准；步骤3 由计算机控制系统将初始劲度模量值按比例转化为电信号，输入调整装置，从而调整夹紧控制装置夹持测试件的夹持力；步骤4 在设定的疲劳试验加载模式下，计算机控制系统按一定间隔采集衰减了的劲度模量值，作为反馈信号输入调整装置对夹紧控制装置夹持测试件的夹持力进行调整；步骤5 由计算机控制系统动态监测测试件的性能状态，在达到设定的破坏标准后，停止疲劳试验，输入反向电信号，将夹紧控制装置回位至初始状态。
6.根据权利要求5所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法， 其特征在于所述夹紧控制装置包括步进电机(3)、升降螺杆(4)、测试件夹头(5)、位移传感器(6)、位移传感器支架(7)、传力框架(8)、力传感器(9)、动力系统(10)；调整装置为设有调节开关(12)的步进电机调节模块(2)；升降螺杆(4)连接在步进电机(3)和测试件夹头(5)之间，步进电机(3)与步进电机调节模块(2)相连，测试件夹头(5)夹住测试件(11)， 传力框架(8)下端与测试件夹头(5)连接，上端与力传感器(9)相连，力传感器(9)与动力系统(10 )相连；位移传感器(6 )固定在位移传感器支架(7 )上，位移传感器支架(7 )的端部与测试件(11)表面接触，步进电机调节模块(2)、位移传感器(6)、力传感器(9)和动力系统 (10)均与计算机控制系统(1)相连；所述步骤1为将测试件(11)放入测试件夹头(5)中， 打开调节开关(12)控制步进电机(3)以小于25N的接触力夹持住测试件(11)。
7.根据权利要求6所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法， 其特征在于所述步骤2为计算机控制系统(1)根据设定的程序控制动力系统(10)带动传力框架(8)和测试件夹头(5)对测试件(11)进行弯曲动作，同时，控制步进电机调节模块(2)逐步增加步进电机电流，使得测试件夹头(5)夹持力以小于50个微应变弯动测试件 (11)，由位移传感器(6)和力传感器(9)分别测得测试件(11)的变形和受力，反馈至计算机控制系统(1)计算得到测试件(11)的初始劲度模量值。
8.根据权利要求6所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法， 其特征在于所述步骤3为计算机控制系统(1)根据初始劲度模量值大小将其按比例转化为电信号，反馈至步进电机调节模块(2)，通过电机调节模块(2)调整步进电机电流，以调整测试件夹头(5)的夹持力。
9.根据权利要求6所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法， 其特征在于所述步骤4为计算机控制系统(1)每隔50个加载循环即采集一次新的劲度模量值，反馈至电机调节模块(2)，对步进电机(3)的电流进行重新调节，从而实现对测试件夹头(5)夹持力的动态调整。
10.根据权利要求6所述的用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统的控制方法，其特征在于所述步骤5为在达到设定的破坏标准后，停止动力系统(10)，控制输入反向电流松开步进电机(3)，将测试件夹头(5)松开并归位，取出测试件(11)。
全文摘要
本发明一种用于粘弹性材料弯曲疲劳试验的试验控制系统及控制方法。所述试验控制系统，包括测试件(11)、计算机控制系统(1)和连接于测试件(11)与计算机控制系统(1)之间的夹紧控制装置，还包括用于调整夹紧控制装置对测试件夹持力大小的调整装置，所述调整装置连接在夹紧控制装置与计算机控制系统之间，本发明通过计算机系统数据采集功能，得到实时测得的粘弹性材料的弯曲劲度模量值，将其按比例转换为的电信号，由该电信号控制调整装置实现对夹紧控制装置电流大小的调节，进而实现对夹紧控制装置夹持力的调节。本发明试验结果真实和可靠。
文档编号G01N3/02GK102359908SQ20111023059
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者张肖宁, 虞将苗 申请人:华南理工大学