陳慶峰,劉彥波,王立博,李 明,蓋大志

(中機試驗裝備股份有限公司,吉林 長春 130103)

1 引 言

在工程上,許多結(jié)構(gòu)部件長期運行在高溫條件下,如火力發(fā)電設(shè)備中的汽輪機、鍋爐和主蒸汽管道,石油化工系統(tǒng)中的高溫高壓反應(yīng)容器和管道等。這些結(jié)構(gòu)部件除了受到正常的工作應(yīng)力外,還需承受其它附加應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力以及快速的較大范圍內(nèi)的溫度波動等作用,其壽命往往受到蠕變、疲勞和蠕變-疲勞交互作用等多種機制的影響。

蠕變和疲勞交互作用的本質(zhì)是蠕變損傷與疲勞損傷的相互關(guān)系。疲勞的主要損傷形式是裂紋在晶內(nèi)拓展,而蠕變的主要損傷形式是孔洞在晶界形核和長大,但在高應(yīng)力下也可能發(fā)生晶內(nèi)損傷。當蠕變和疲勞損傷依次或同時發(fā)生時,一種損傷對另一種損傷的發(fā)展過程將產(chǎn)生一定的影響,從而加速或減緩總損傷,影響疲勞壽命,這就是蠕變疲勞交互作用。

對于蠕變疲勞試驗機,通常的斷裂保護方法是在實時負荷低于設(shè)定值時停機保護,但是這種保護方法不適用于應(yīng)變控制的過零疲勞試驗。因此,在蠕變疲勞試驗機上實現(xiàn)應(yīng)變控制的過零疲勞試驗斷裂保護功能是十分必要的。

2 設(shè)計思路

斷裂保護功能的變量包括連續(xù)波形個數(shù)n、第N個波形的負荷峰值Fmax,N、設(shè)定值Fset。當連續(xù)n個波形的負荷峰值小于設(shè)定值Fset時停機保護,這樣就實現(xiàn)了應(yīng)變控制的過零疲勞試驗斷裂保護功能。斷裂保護功能實現(xiàn)框圖如圖1所示。

圖1 斷裂保護功能實現(xiàn)框圖

3 軟件設(shè)計

采用VB軟件進行設(shè)計,分為設(shè)置斷裂保護參數(shù)和判斷斷裂保護2個模塊。

3.1 設(shè)置斷裂保護參數(shù)

設(shè)置斷裂保護參數(shù)如圖2所示。

圖2 斷裂保護參數(shù)

3.2 判斷斷裂保護

判斷斷裂保護模塊分為2個部分實現(xiàn)。

(1)計算第N個波形的負荷峰值Fmax,N。當?shù)贜個波形開始后實時計算負荷峰值;當?shù)贜個波形結(jié)束,第N+1個波形開始的時刻,結(jié)束計算負荷峰值,保存負荷峰值Fmax,N,同時開始計算負荷峰值Fmax,N+1。

(2)判斷斷裂保護。負荷峰值Fmax,N計算完畢后,與設(shè)定值Fset進行比較。如果Fmax,N

當計數(shù)值x大于設(shè)定參數(shù)的連續(xù)波形個數(shù)n時,即已經(jīng)

達到連續(xù)n個波形的負荷峰值都小于設(shè)定值這個條件,這時可以進行斷裂保護。斷裂保護的動作包括保持當前位移、保持當前負荷、保持當前變形、返回初始狀態(tài)、返回預(yù)負荷及關(guān)斷驅(qū)動等6個選項。根據(jù)試驗實際要求,選擇一種保護動作。

4 試驗驗證

圖3、圖4為負荷-時間曲線和變形-時間曲線,截取顯示了20個波形2.5h內(nèi)的數(shù)據(jù)。試驗波形是三角波,采用變形控制。由圖可以看出,負荷峰值在不斷減小。當設(shè)定的連續(xù)n個波形的負荷峰值都小于設(shè)定值時進行斷裂保護,試驗結(jié)果滿足試驗要求。

圖3 負荷-時間曲線

圖4 變形-時間曲線

5 結(jié)束語

通過VB程序設(shè)計,在應(yīng)變控制的過零疲勞試驗過程中實現(xiàn)了斷裂保護功能,這個功能可以保護試驗機上的傳感器,避免試樣斷裂時破壞傳感器。經(jīng)過多次試驗驗證,該功能穩(wěn)定可靠,對于研究材料的蠕變疲勞損傷有一定的幫助。