利用VB实现蠕变疲劳试验机的断裂保护功能

陈庆峰,刘彦波,王立博,李 明,盖大志

(中机试验装备股份有限公司,吉林 长春 130103)

1 引 言

在工程上,许多结构部件长期运行在高温条件下,如火力发电设备中的汽轮机、锅炉和主蒸汽管道,石油化工系统中的高温高压反应容器和管道等。这些结构部件除了受到正常的工作应力外,还需承受其它附加应力和循环应力以及快速的较大范围内的温度波动等作用,其寿命往往受到蠕变、疲劳和蠕变-疲劳交互作用等多种机制的影响。

蠕变和疲劳交互作用的本质是蠕变损伤与疲劳损伤的相互关系。疲劳的主要损伤形式是裂纹在晶内拓展,而蠕变的主要损伤形式是孔洞在晶界形核和长大,但在高应力下也可能发生晶内损伤。当蠕变和疲劳损伤依次或同时发生时,一种损伤对另一种损伤的发展过程将产生一定的影响,从而加速或减缓总损伤,影响疲劳寿命,这就是蠕变疲劳交互作用。

对于蠕变疲劳试验机,通常的断裂保护方法是在实时负荷低于设定值时停机保护,但是这种保护方法不适用于应变控制的过零疲劳试验。因此,在蠕变疲劳试验机上实现应变控制的过零疲劳试验断裂保护功能是十分必要的。

2 设计思路

断裂保护功能的变量包括连续波形个数n、第N个波形的负荷峰值Fmax,N、设定值Fset。当连续n个波形的负荷峰值小于设定值Fset时停机保护,这样就实现了应变控制的过零疲劳试验断裂保护功能。断裂保护功能实现框图如图1所示。

图1 断裂保护功能实现框图

3 软件设计

采用VB软件进行设计,分为设置断裂保护参数和判断断裂保护2个模块。

3.1 设置断裂保护参数

设置断裂保护参数如图2所示。

图2 断裂保护参数

3.2 判断断裂保护

判断断裂保护模块分为2个部分实现。

(1)计算第N个波形的负荷峰值Fmax,N。当第N个波形开始后实时计算负荷峰值;当第N个波形结束,第N+1个波形开始的时刻,结束计算负荷峰值,保存负荷峰值Fmax,N,同时开始计算负荷峰值Fmax,N+1。

(2)判断断裂保护。负荷峰值Fmax,N计算完毕后,与设定值Fset进行比较。如果Fmax,N

当计数值x大于设定参数的连续波形个数n时,即已经

达到连续n个波形的负荷峰值都小于设定值这个条件,这时可以进行断裂保护。断裂保护的动作包括保持当前位移、保持当前负荷、保持当前变形、返回初始状态、返回预负荷及关断驱动等6个选项。根据试验实际要求,选择一种保护动作。

4 试验验证

图3、图4为负荷-时间曲线和变形-时间曲线,截取显示了20个波形2.5h内的数据。试验波形是三角波,采用变形控制。由图可以看出,负荷峰值在不断减小。当设定的连续n个波形的负荷峰值都小于设定值时进行断裂保护,试验结果满足试验要求。

图3 负荷-时间曲线

图4 变形-时间曲线

5 结束语

通过VB程序设计,在应变控制的过零疲劳试验过程中实现了断裂保护功能,这个功能可以保护试验机上的传感器,避免试样断裂时破坏传感器。经过多次试验验证,该功能稳定可靠,对于研究材料的蠕变疲劳损伤有一定的帮助。