一种疲劳测试件测试系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及疲劳测试技术领域，特别是涉及一种疲劳测试件测试系统及其控制方法。

背景技术

在研究疲劳测试件的裂纹变化机制与温度变化关系时，需通过测温仪器采集疲劳测试件在不同载荷疲劳试验过程中的温度变化。目前，在研究疲劳测试件的裂纹变化机制与温度变化关系时，往往采用红外测温等非接触式测温方式进行单点测温，但是单点测温存在采样信息不够全面的缺点，且红外测温等非接触式测温方式的测温精度受到环境温度与环境湿度的影响。

由于材料的断裂过程涉及局部能量的快速释放，与断裂位置及附近位置的温度变化信息相关，不同载荷的疲劳试验中的材料断裂机制以及材料断裂机制与断裂位置温度变化间的关系需要进一步研究，裂纹的建模与仿真需要丰富的试验数据提高精度。

因此，目前亟需一种能够详细采集多种数据的测试系统。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种一种疲劳测试件测试系统及其控制方法，能够采集多种数据。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种疲劳测试件测试系统，所述测试系统包括：

疲劳试验机、疲劳测试件、多个接触式温度传感器、多通道温度测试仪、裂纹数据采集设备以及数据存储处理设备；

所述多个接触式温度传感器粘贴在所述疲劳测试件的中间位置，通过所述多通道温度测试仪与所述数据存储处理设备相连；

所述疲劳试验机用于对安装于所述疲劳试验机上的疲劳测试件进行疲劳试验；

所述裂纹数据采集设备用于对疲劳测试件的裂纹数据进行采集。

可选的，所述数据存储处理设备，包括：

装有采样与数据处理系统的电脑，用于保存和读取所述多通道温度测试仪通过所述多个接触式温度传感器采集的多点温度变化数据，以及所述裂纹数据采集设备采集的裂纹变化数据。

可选的，所述裂纹数据采集设备，包括：

光学扫描仪和/或摄像头；

所述光学扫描仪，用于获取所述疲劳测试件的裂纹扫描数据；

所述摄像头，用于获取所述疲劳测试件的裂纹变化图像信息。

可选的，所述摄像头的分辨率高于1080P，横向像素大于1920，纵向像素大于1080。

可选的，所述多个接触式温度传感器粘贴在所述疲劳测试件一侧的中间位置，所述裂纹数据采集设备放置于所述疲劳测试件的另一侧，用于对所述疲劳测试件的另一侧的裂纹数据进行采集。

可选的，所述接触式温度传感器的测温精度为，测温误差低于0.1℃。

可选的，所述测试系统还包括：

支撑器，用于稳定所述裂纹数据采集设备。

另一方面，本申请实施例还提供了一种疲劳测试件测试系统控制方法，用于控制上述疲劳测试件测试系统，所述方法包括：

在疲劳测试件上粘贴多个接触式温度传感器；

将所有温度传感器通过导线与多通道温度测试仪相连接；

将疲劳测试件安装在疲劳试验机上，通过疲劳试验机的夹持装置固定疲劳测试件；

在疲劳试验机附近放置裂纹数据采集设备，调整所述裂纹数据采集设备，使所述裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件的应力集中部位，以清晰记录疲劳试验全过程中疲劳测试件表面的裂纹变化情况，获取裂纹变化数据；

将所述裂纹数据采集设备和所述多通道温度测试仪均与数据存储处理设备相连接；

启动所述裂纹数据采集设备和所述多通道温度测试仪；

启动所述数据存储处理设备，通过所述数据存储处理设备保存与读取各设备获取的温度变化数据、裂纹变化数据；

设定载荷工况后启动疲劳试验机，进行疲劳试验；

在疲劳测试件断裂时，结束疲劳试验。

可选的，所述在疲劳测试件上粘贴多个接触式温度传感器，包括：

将多个接触式温度传感器通过不同的排布方式粘贴在疲劳测试件的中间位置；

通过多次试验的数据采集结果选取较优的排布方式；

在疲劳测试件上以所述较优的排布方式粘贴多个接触式温度传感器。

可选的，在所述裂纹数据采集设备包括摄像头和光学扫描仪，且所述裂纹数据采集设备通过三角架进行稳定时，所述在疲劳试验机附近放置裂纹数据采集设备，调整所述裂纹数据采集设备，使所述裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件的应力集中部位，以清晰记录疲劳试验全过程中疲劳测试件表面的裂纹变化情况，获取裂纹变化数据，包括：

在疲劳试验机附近放置通过三角架固定的摄像头，调整三脚架和摄像头的镜头，使摄像头的镜头对准疲劳测试件的应力集中部位，以清晰记录疲劳试验全过程中疲劳测试件表面的裂纹变化情况，获取裂纹变化的图像数据；

在靠近疲劳测试件的位置放置带三角架的光学扫描仪，调整三角架与扫描仪的位置，在疲劳试验全过程中通过光学扫描仪对疲劳测试件的应力集中部位进行扫描，以获取试验过程中疲劳测试件表面的裂纹变化扫描数据。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统，包括：疲劳试验机、疲劳测试件、多个接触式温度传感器、多通道温度测试仪、裂纹数据采集设备以及数据存储处理设备；所述多个接触式温度传感器粘贴在所述疲劳测试件的中间位置，通过所述多通道温度测试仪与所述数据存储处理设备相连；所述疲劳试验机用于对安装于所述疲劳试验机上的疲劳测试件进行疲劳试验。通过使用多个接触式温度传感器进行温度采集，能够更为精确地得到疲劳测试件在疲劳试验时应力集中部位附近的温度变化数据，并且利用裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件在疲劳试验时的裂纹变化数据，从而能够利用这些数据进一步研究不同载荷的疲劳试验中的材料断裂机制以及材料断裂机制与断裂位置温度变化间的关系，以及可以利用这些数据更为精确的进行裂纹的建模与仿真。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种疲劳测试件测试系统结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种疲劳测试件多位置点温度采集系统结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种疲劳测试件的裂纹数据采集设备结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种多个接触式温度传感器在疲劳测试件上的不同排布方式示意图；

图6为本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统控制方法流程示意图。

具体实施方式

正如前文描述，目前在研究疲劳测试件的裂纹变化机制与温度变化关系时，往往采用红外测温等非接触式测温方式进行单点测温，但是单点测温存在采样信息不够全面的缺点，且红外测温等非接触式测温方式的测温精度受到环境温度与环境湿度的影响

发明人经过研究，发明了一种疲劳测试件测试系统及其控制方法，能够在疲劳试验时更为详细地采集多种数据。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

系统实施例

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统结构示意图，包括疲劳试验机101、疲劳测试件102、多个接触式温度传感器103、多通道温度测试仪104、裂纹数据采集设备105以及数据存储处理设备106；

其中，所述多个接触式温度传感器103粘贴在所述疲劳测试件102的中间位置，通过所述多通道温度测试仪104与所述数据存储处理设备106相连；

所述疲劳试验机101用于对安装于所述疲劳试验机上的疲劳测试件进行疲劳试验；

所述裂纹数据采集设备105用于对疲劳测试件102的裂纹数据进行采集。

需要说明的是，疲劳试验机101在进行疲劳试验时，所处环境的温度应当保持在室温附近。温度保持在室温附近能够减小环境温度对温度采集的影响。

在本申请提供的实施例中，数据存储处理设备106可以是装有采样与数据处理系统的电脑，也可以是装有采样与数据处理系统的其他电子设备，还可以是具有数据存储及数据处理功能的其他设备。为了便于理解，后续实施例中将以装有采样与数据处理系统的电脑作为数据存储处理设备为例进行说明。

具体的，装有采样与数据处理系统的电脑可以用于保存和读取所述多通道温度测试仪通过所述多个接触式温度传感器采集的多点温度变化数据，以及所述裂纹数据采集设备采集的裂纹变化数据。

在本申请提供的实施例中，作为一种示例，裂纹数据采集设备105可以包括光学扫描仪和/或摄像头。其中，光学扫描仪，可以用于获取所述疲劳测试件的裂纹扫描数据；摄像头，可以用于获取所述疲劳测试件的裂纹变化图像信息。需要说明的是，在本申请提供的实施例中，为了更为清晰地对裂纹数据进行采集，摄像头可以是超高清摄像头，具体的，超高清摄像头的分辨率高于1080P，即横向像素数大于1920，纵向像素数大于1080。使用超高清摄像头能够完整且清晰地记录疲劳试验过程中疲劳测试件102的裂纹变化情况。

需要说明的是，在本申请提供的实施例中，可以仅使用光学扫描仪对疲劳测试件102的裂纹数据进行采集，也可以仅使用摄像头对疲劳测试件102的裂纹数据进行采集，还可以同时使用光学扫描仪和摄像头对疲劳测试件102的裂纹数据进行采集。同时使用光学扫描仪和摄像头对疲劳测试件102的裂纹数据进行采集，可以在疲劳测试件102进行疲劳测试时，得到更多的裂纹数据，从而能够在后续建模与仿真的研究中更为准确地建立模型进行仿真实验。

需要说明的是，为了更好的得到清晰的裂纹数据，多个接触式温度传感器103可以粘贴在疲劳测试件102一侧的中间位置，裂纹数据采集设备105放置于疲劳测试件102的另一侧，用于对疲劳测试件102的另一侧的裂纹数据进行采集。这样的粘贴和放置方式，能够使得裂纹数据采集设备105在对裂纹数据进行采集时，清晰的获取到裂纹数据，能够避免裂纹数据采集设备105在采集裂纹数据时，裂纹被多个接触式温度传感器103中的一个或多个所遮挡。例如，在裂纹采集设备105为摄像头时，测试时需要摄像头实时拍摄裂纹的变化，如果摄像头拍摄的疲劳测试件102的位置与粘贴多个接触式温度传感器103的位置为同一侧，那么在拍摄时，需要拍摄的裂纹可能会被多个接触式温度传感器103所遮挡，从而不能清晰得到疲劳测试件102的裂纹变化图像。

为了更为精准的得到疲劳测试件102的温度变化情况，多个接触式温度传感器103的测温精度应当越精准越好。在本申请提供的实施例中，多个接触式温度传感器103的测温精度可以是，测温误差低于0.1℃。

需要说明的是，为了使裂纹数据采集设备105能够稳定的进行裂纹数据采集，可以将其固定于支撑器上，这样能够稳定裂纹数据采集设备105。具体的，在本申请提供的实施例中，支撑器可以是三脚架。

本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统，包括：疲劳试验机、疲劳测试件、多个接触式温度传感器、多通道温度测试仪、裂纹数据采集设备以及数据存储处理设备；所述多个接触式温度传感器粘贴在所述疲劳测试件的中间位置，通过所述多通道温度测试仪与所述数据存储处理设备相连；所述疲劳试验机用于对安装于所述疲劳试验机上的疲劳测试件进行疲劳试验。通过使用多个接触式温度传感器进行温度采集，能够更为精确地得到疲劳测试件在疲劳试验时应力集中部位附近的温度变化数据，并且利用裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件在疲劳试验时的裂纹变化数据，从而能够利用这些数据进一步研究不同载荷的疲劳试验中的材料断裂机制以及材料断裂机制与断裂位置温度变化间的关系，以及可以利用这些数据更为精确的进行裂纹的建模与仿真。

为了方便理解，本申请实施例还提供了一种更为具体的疲劳测试件测试系统。参见图2，该图为本申请实施例提供的另一种疲劳测试件测试系统结构示意图，包括：疲劳试验机101、疲劳测试件102、多个接触式温度传感器103、多通道温度测试仪104、光学扫描仪1051、摄像头1052、装有采样与数据处理系统的电脑1061、导线107以及两个三脚架108。

所述疲劳测试件102的中间应力集中位置粘贴多个接触式高精度温度传感器103后安装在疲劳试验机101上开展疲劳试验，摄像头1052通过三角架108放置疲劳试验机101的近处，以记录试验过程中疲劳测试件102上裂纹的变化，在靠近疲劳测试件102的位置还放置有带三角架108的光学扫描仪1051，调整三角架108与光学扫描仪1051，在疲劳试验全过程中通过光学扫描仪1051对疲劳测试件102的中间应力集中部位进行详细扫描，获取疲劳试验过程中疲劳测试件102表面的裂纹变化扫描数据。

具体的，多个接触式温度传感器103通过导线107与多通道温度测试仪104相连接，每个接触式温度传感器均通过一根导线与多通道温度测试仪104中的一个通道接口相连接，贴在疲劳测试件102上面的多个接触式高精度温度传感器103连通多通道温度测试仪104，光学扫描仪1051、超高清摄像头1052、多通道温度测试仪104均与电脑1061相连接，通过电脑1061保存与读取各装置获取的温度变化数据、裂纹变化图像数据、裂纹变化扫描数据。

为了更为清楚地说明多个接触式温度传感器103与疲劳测试件102和多通道温度测试仪104的连接关系，参见图3，该图为本申请实施例提供的一种疲劳测试件多位置点温度采集系统结构示意图。

其中，疲劳测试件102的中间应力集中位置粘贴有多个接触式高精度温度传感器103，所有接触式高精度温度传感器103通过导线107与多通道温度测试仪104连接，多通道温度测试仪104与电脑1061相连接，通过电脑1061读取与保存多个测点位置的温度变化信息。

为了更为清楚地说明裂纹数据采集设备105对疲劳测试件102的采集方式，参见图4，该图为本申请实施例提供的一种疲劳测试件的裂纹数据采集设备结构示意图。

需要说明的是，图4中所示出的是在裂纹数据采集设备为摄像头和光学扫描仪时的裂纹数据采集设备结构示意图。

如图4所示，在靠近疲劳测试件102的位置放置用三角架108固定的光学扫描仪1051，在疲劳试验全过程中通过光学扫描仪1051对疲劳测试件102的中间应力集中部位进行详细扫描，获取疲劳试验过程中疲劳测试件102表面的裂纹变化扫描数据，光学扫描仪1051与电脑1061相连接，通过电脑1061读取与保存光学扫描仪1051记录的疲劳试验全过程中疲劳测试件102应力集中位置的裂纹变化扫描数据。超高清摄像头1052通过三角架108固定在疲劳测试件102附近，将超高清摄像头1052的镜头对准疲劳测试件102的中间应力集中位置，调试摄像头确保能完整清晰记录疲劳试验全过程中试件应力集中位置的裂纹变化情况，超高清摄像头1052与电脑1061相连接，通过电脑1061读取与保存摄像头记录的疲劳试验全过程中疲劳测试件102应力集中位置的裂纹变化图像数据。

在本申请提供的实施例中，针对不同材质和不同形状的疲劳测试件102，粘贴在其上的多个接触式温度传感器103可以采用不同的排布方式进行粘贴，通过不同的排布方式对多个接触式温度传感器103进行粘贴，得到的试验效果也是不同的。具体的，可以通过不同的排布方式粘贴在疲劳测试件102中间位置，通过多次试验的数据采集结果来选取较优的排布方式。

本申请示例性地提供了6种排布方式，参见图5，该图为本申请实施例提供的一种多个接触式温度传感器在疲劳测试件上的不同排布方式示意图，包括疲劳测试件102和多个接触式温度传感器103，不同排布方式所用的接触式温度传感器的数量可能会有所不同。

需要说明的是，具体的排布方式可以根据实际情况进行确定，针对不同材质和形状，可以使用不同的排布方式对多个接触式温度传感器进行粘贴，以得到较优的测试效果。本申请实施例示例性提供的6种排布方式仅为示例，并不对本申请的保护范围进行限缩，本领域技术人员可以在不付出创造性劳动的情况下使用其他排布方式对多个接触式温度传感器进行粘贴。

方法实施例

参见图6，该图为本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统控制方法流程示意图，包括以下步骤：

S601，在疲劳测试件上粘贴多个接触式温度传感器；

具体的，可以将多个接触式温度传感器通过不同的排布方式粘贴在疲劳测试件的中间位置；通过多次试验的数据采集结果选取较优的排布方式；在疲劳测试件上以所述较优的排布方式粘贴多个接触式温度传感器。

S602，将所有接触式温度传感器通过导线与多通道温度测试仪相连接；

具体的，每个接触式温度传感器均通过一根导线与多通道温度测试仪中的一个通道接口相连接。

S603，将疲劳测试件安装在疲劳试验机上，通过疲劳试验机的夹持装置固定疲劳测试件；

S604，在疲劳试验机附近放置裂纹数据采集设备，调整所述裂纹数据采集设备，使所述裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件的应力集中部位，以清晰记录疲劳试验全过程中疲劳测试件表面的裂纹变化情况，获取裂纹变化数据；

需要说明的是，在所述裂纹数据采集设备包括摄像头和光学扫描仪，且所述裂纹数据采集设备通过三角架进行稳定时，步骤S604可以包括：

S6041，在疲劳试验机附近放置通过三角架固定的摄像头，调整三脚架和摄像头的镜头，使摄像头的镜头对准疲劳测试件的应力集中部位，以清晰记录疲劳试验全过程中疲劳测试件表面的裂纹变化情况，获取裂纹变化的图像数据。

S6042，在靠近疲劳测试件的位置放置带三角架的光学扫描仪，调整三角架与扫描仪的位置，在疲劳试验全过程中通过光学扫描仪对疲劳测试件的应力集中部位进行扫描，以获取试验过程中疲劳测试件表面的裂纹变化扫描数据。

S605，将所述裂纹数据采集设备和所述多通道温度测试仪均与数据存储处理设备相连接；

S606，启动所述裂纹数据采集设备和所述多通道温度测试仪；

S607，启动所述数据存储处理设备，通过所述数据存储处理设备保存与读取各设备获取的温度变化数据、裂纹变化数据；

S608，设定载荷工况后启动疲劳试验机，进行疲劳试验；

需要说明的是，在进行疲劳试验时，裂纹数据采集设备实时对裂纹数据进行采集，以得到裂纹的变化情况，同时，多通道温度测试仪也实时通过多个接触式温度传感器对疲劳测试件的多点温度进行采集。

S609，在疲劳测试件断裂时，结束疲劳试验。

需要说明的是，在疲劳试验结束后，需要，取下试件，关闭疲劳试验机、超高清摄像头、光学扫描仪、多通道温度测试仪。

在本申请提供的实施例中，后续可以根据获取的温度数据、裂纹变化扫描数据、裂纹变化图像数据，优化测温点的排布方式，研究不同载荷的疲劳试验中的材料断裂机制以及材料断裂机制与断裂位置温度变化间的关系，以及进行裂纹建模与仿真方面的研究。

本申请实施例提供的一种疲劳测试件测试系统控制方法，通过在疲劳测试件上粘贴多个接触式温度传感器；将所有接触式温度传感器通过导线与多通道温度测试仪相连接；将疲劳测试件安装在疲劳试验机上，通过疲劳试验机的夹持装置固定疲劳测试件；在疲劳试验机附近放置裂纹数据采集设备，调整所述裂纹数据采集设备，使所述裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件的应力集中部位，以清晰记录疲劳试验全过程中疲劳测试件表面的裂纹变化情况，获取裂纹变化数据；将所述裂纹数据采集设备和所述多通道温度测试仪均与数据存储处理设备相连接；启动所述裂纹数据采集设备和所述多通道温度测试仪；启动所述数据存储处理设备，通过所述数据存储处理设备保存与读取各设备获取的温度变化数据、裂纹变化数据；设定载荷工况后启动疲劳试验机，进行疲劳试验；在疲劳测试件断裂时，结束疲劳试验。通过使用多个接触式温度传感器进行温度采集，能够更为精确地得到疲劳测试件在疲劳试验时应力集中部位附近的温度变化数据，并且利用裂纹数据采集设备能够采集到疲劳测试件在疲劳试验时的裂纹变化数据，从而能够利用这些数据进一步研究不同载荷的疲劳试验中的材料断裂机制以及材料断裂机制与断裂位置温度变化间的关系，以及可以利用这些数据更为精确的进行裂纹的建模与仿真。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。