[发明专利]基于四点弯曲疲劳试验测量小梁梁底拉应变的方法

说明书

本发明公开了基于四点弯曲疲劳试验测量小梁梁底拉应变的方法，包括：将小梁试件安装在万能试验机四点弯曲疲劳加载装置内，将三个位移传感器依次安装在小梁试件上表面，利用两端的位移传感器获取内夹具处小梁竖向挠度，利用中间位移传感器获取小梁跨中竖向挠度，将两挠度值做差，利用挠度差计算小梁跨中位置处的梁底水平拉应变。本发明通过采取挠度差的方法，消除两内夹具之间剪切力带来的计算误差，然后利用挠度差反算跨中小梁梁底水平拉应变，优化应变计算过程和误差，使得弯曲模量计算结果更加准确；直接在跨中位置敷设位移传感器增加测量准确性，同时测量内夹具处挠度采用两个测量值取平均值的办法，大大减小测量误差。

技术领域

本发明涉及道路工程材料领域，特别涉及基于四点弯曲疲劳试验测量小梁梁底拉应变的方法。

背景技术

疲劳是材料在循环载荷作用下发生开裂或破坏的现象，为了研究疲劳破坏过程机理、疲劳力学性能以及评估工程构建的疲劳寿命，需要测试材料试样的疲劳断裂性能。由于受力合理，符合路面实际情况，四点弯曲疲劳试验成为沥青混合料小梁疲劳试验的首选。

疲劳试验的核心在于建立疲劳模型，其中模量的计算不可或缺，现有小梁的弯曲模量计算利用应力/应变，应力、应变需要通过材料力学计算得到，在应变计算过程中并未考虑剪切力带来的影响，在利用万能材料试验机UTM进行沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验过程中，当施加载荷时，理想情况下，小梁跨中位置属于纯弯曲状态，只存在弯矩而不存在剪力，然而实际情况下在两个内夹具之间存在剪力，因此两个内夹具之间的小梁挠度同时包含弯曲挠度和恒定的剪力挠度，目前测量的挠度将总挠度仅视为弯曲应力产生的挠度，使得计算的挠度值偏大；另外由于现有的万能材料试验机相匹配夹具的限制，使得目前测量的跨中挠度只能测量小梁外1/6位置处的挠度，再利用该处挠度值反算跨中位移，由于小梁材料在弯曲时产生的不均匀变形等因素导致计算结果出现较大误差。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种基于四点弯曲疲劳试验测量小梁梁底拉应变的方法，通过设置在不同位置处的三个位移传感器测量得到竖向挠度差，通过改变挠度测量位置以及测量挠度差值来反算水平拉应变，使拉应变计算更加准确。

技术方案：本发明的一种基于四点弯曲疲劳试验测量小梁梁底拉应变的方法，包括：将小梁试件安装在万能试验机四点弯曲疲劳加载装置内，将三个位移传感器依次安装在小梁试件上表面，利用两端的位移传感器获取内夹具处小梁竖向挠度，利用中间位移传感器获取小梁跨中竖向挠度，将两挠度值做差，利用挠度差计算小梁跨中位置处的梁底水平拉应变。

进一步，三个位移传感器中的第二位移传感器安装在小梁试件上表面的跨中位置处，第一、第三位移传感器对称设置在第二位移传感器的两侧，第一、第三位移传感器设置在两个内夹具的内侧，三个位移传感器充分接触小梁上表面。

进一步，利用两端的位移传感器获取内夹具处小梁竖向挠度包括：利用第一位移传感器测量得到第一内夹具处竖向挠度，利用第三位移传感器测量得到第二内夹具处竖向挠度，将两挠度值取平均值作为内夹具处的竖向挠度。

进一步，所述第一位移传感器靠近第一内夹具设置，两者距离范围为1-2厘米。

进一步，利用挠度差计算小梁跨中位置处的梁底水平拉应变包括：

小梁在四点弯曲受力下，内夹具至跨中之间的弯曲挠度表达式为：

式中，F表示荷载集中作用力，E表示弹性模量，I表示惯性矩，A表示相邻夹具之间的距离，A＝l/3；x为小梁试样任意点距离第一外夹具的距离，将第一外夹具视作为位置原点；l表示两个外夹具之间的距离，即小梁跨径；

由于剪切挠度抵消掉，故挠度差为二者弯曲挠度的差值，带入弯曲挠度公式为：

式中，V表示剪切挠度与弯曲挠度之和；L表示小梁试件长度，L/2表示小梁跨中位置；