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1、(10)申请公布号 CN 104266957 A (43)申请公布日 2015.01.07 CN 104266957 A (21)申请号 201410447263.7 (22)申请日 2014.09.03 G01N 17/00(2006.01) G01L 1/10(2006.01) (71)申请人 深圳大学 地址 518000 广东省深圳市南山区南海大道 3688 号 (72)发明人 李大望 李硕 (74)专利代理机构 深圳市兴科达知识产权代理 有限公司 44260 代理人 杜启刚 (54) 发明名称 金属材料起锈与应力关系的试验装置与试验 方法 (57) 摘要 本发明公开了一种金属材料起锈与。
2、应力关系 的试验装置与试验方法， 采用金属弦应力校正装 置来校正金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力， 金属弦应力校正装置拾取金属弦振动发声时发出 的音频信号， 用获取音频信号中的弦振基频换算 出金属弦应力值， 并将当前的金属弦的应力值显 示出来 ； 以当前的金属弦的应力值为依据调整金 属弦张紧装置中金属弦的张拉应力至目标值。本 发明利用金属弦的张拉应力与弦振基频的关系， 用获取金属弦振动发声的音频信号中的弦振基频 换算出金属弦应力值， 根据当前的金属弦的应力 值调整金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力至目 标值， 金属弦的张拉应力校准方便、 准确， 便于金 属材料起锈与应力关系的试验得到精确的结果。。
3、 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104266957 A CN 104266957 A 1/1 页 2 1. 一种金属材料起锈与应力关系的试验方法， 其特征在于， 采用金属弦应力校正装置 来校正金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力， 金属弦应力校正装置拾取金属弦振动发声时 发出的音频信号， 用获取音频信号中的弦振基频换算出金属弦应力值， 并将当前的金属弦 的应力值显示出来 ； 以当前的金属弦的应力值为依据调整金属弦张紧装置中金属弦的张。
4、拉 应力至目标值。 2. 一种金属材料起锈与应力关系的试验装置， 包括金属弦张紧装置， 其特征在于， 包 括金属弦应力校正装置， 金属弦应力校正装置包括微控制器、 拾音电路、 显示器和键盘， 拾 音电路的信号输出端、 显示器的输入端和键盘的输出端分别接微控制器 ； 拾音电路拾取金 属弦振动发声时发出的音频信号， 发送至微控制器， 微控制器获取音频信号中的弦振基频 f 后， 计算出金属弦应力值 ， 将金属弦应力值 显示在显示器上 ； 金属弦应力值 4l2f2， 其中， 是金属弦质量密度， l 是金属弦的有效长度。 3. 根据权利要求 2 所述的试验装置， 其特征在于， 和 l 的值由键盘输入。 。
5、4. 根据权利要求 2 所述的试验装置， 其特征在于， 金属弦张紧装置包括机架、 弦栓座和 至少一套金属弦组件， 金属弦组件包括金属弦、 弦端固定环和弦栓 ； 机架为 U 字形， 包括底 板和与底板连接的两块侧板， 侧板上包括弦孔 ； 弦栓座固定在第一侧板的外侧， 包括安装弦 栓的锥孔， 弦栓的锥轴插入所述的锥孔 ； 金属弦的一端穿过第二侧板的弦孔， 固定在弦端固 定环上 ； 金属弦的另一端穿过第一侧板的弦孔， 固定在弦栓的锥轴上， 通过转动弦栓调整金 属弦的张拉应力。 5. 根据权利要求 4 所述的试验装置， 其特征在于， 机架、 弦栓座、 弦端固定环和弦栓的 材料为不锈钢。 6. 根据权利。
6、要求 4 所述的试验装置， 其特征在于， 金属弦为钢丝。 7. 根据权利要求 2 所述的试验装置， 其特征在于， 金属弦张紧装置为吉他或小提琴， 吉 他或小提琴的琴弦是所述的金属弦。 8. 根据权利要求 7 所述的试验装置， 其特征在于， 吉他或小提琴的主体结构用锡箔包 裹。 权 利 要 求 书 CN 104266957 A 2 1/4 页 3 金属材料起锈与应力关系的试验装置与试验方法 技术领域 0001 本发明涉及金属材料起锈试验， 尤其涉及一种金属材料起锈与应力关系的试验装 置与试验方法。 背景技术 0002 钢材等金属材料广泛用于土木工程结构。 海洋腐蚀环境作用通常会显著加速钢结 构、。
7、 混凝土结构中的钢筋或预应力钢筋束的锈蚀， 从而严重劣化结构的服役性能。 由于工程 结构同时承受较大荷载， 荷载水平对材料腐蚀的发生和发展的影响值得关注。 0003 已有文献涉及应力与腐蚀耦合作用下材料的腐蚀性能， 但成果多限于定性讨论且 缺乏系统研究的试验平台和手段。尤其是， 金属材料起锈与应力水平的关联性研究鲜有文 献报道。 0004 确定金属材料起锈与应力的关系需要具备如下两个必要条件 ： (1) 金属材料起锈 事件的识别装置 ； (2) 确定金属材料应力水平的有效方法。 0005 2011 年 6 月 15 日公开的中国发明专利申请 “一种钢筋混凝土锈裂监测方法及传 感器” ( 公开号。
8、 CN102095677A)， 2013 年 11 月 27 日公开的中国发明专利申请 “大量程基于 光纤光栅传感技术的钢筋锈蚀监测传感器” ( 公开号 CN103411713A)， 2011 年 11 月 9 日公 开的中国发明专利申请 “钢筋锈蚀时间预测装置” ( 公开号 CN202033274U)， 均可用于钢筋 起锈蚀事件的识别， 但这些钢筋锈蚀监测方法均需要特定指标的定期测试、 数据转换与间 接推断， 实践中操作不够简便。 0006 申请号为 2014101518910 的中国发明申请公开了一种钢筋起锈及氯离子浓度极 限状态的提示装置和提示方法。钢筋起锈及氯离子浓度极限状态的提示装置。
9、包括起锈试 件、 弓架和试件张力调整器， 所述的起锈试件是钢弦 ； 钢弦由弓架绷紧， 钢弦的一端固定在 弓架的一端， 钢弦的另一端通过试件张力调整器固定在弓架的另一端。将上述的提示装置 放在腐蚀环境中， 当钢弦断裂， 弓架弹开时， 即提示钢筋起锈、 达到氯离子浓度极限状态。 该 装置结构简单， 能够及时提示钢筋起锈及氯离子浓度极限状态等事件的发生， 但其主要关 注引起钢材锈蚀的氯离子浓度阈值， 钢弦采用拉力秤进行应力校准， 既不方便， 也不够精 确。 发明内容 0007 本发明要解决的技术问题是提供一种应力校准方便、 精确的用于金属材料起锈与 应力关系的试验装置与试验方法。 0008 为了解决。
10、上述技术问题， 本发明采用的技术方案是， 一种金属材料起锈与应力关 系的试验方法， 采用金属弦应力校正装置来校正金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力， 金 属弦应力校正装置拾取金属弦振动发声时发出的音频信号， 用获取音频信号中的弦振基频 换算出金属弦应力值， 并将当前的金属弦的应力值显示出来 ； 以当前的金属弦的应力值为 依据调整金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力至目标值。 说 明 书 CN 104266957 A 3 2/4 页 4 0009 一种金属材料起锈与应力关系的试验装置的技术方案， 包括金属弦张紧装置和 金属弦应力校正装置， 金属弦应力校正装置包括微控制器、 拾音电路、 显示器和键盘， 。
11、拾音 电路的信号输出端、 显示器的输入端和键盘的输出端分别接微控制器 ； 拾音电路拾取金 属弦振动发声时发出的音频信号， 发送至微控制器， 微控制器获取音频信号中的弦振基频 f 后， 计算出金属弦应力值 ， 将金属弦应力值 显示在显示器上 ； 金属弦应力值 4l2f2， 其中， 是金属弦质量密度， l 是金属弦的有效长度。 0010 以上所述的试验装置， 和 l 的值由键盘输入。 0011 以上所述的试验装置， 金属弦张紧装置包括机架、 弦栓座和至少一套金属弦组件， 金属弦组件包括金属弦、 弦端固定环和弦栓 ； 机架为 U 字形， 包括底板和与底板连接的两块 侧板， 侧板上包括弦孔 ； 弦栓座。
12、固定在第一侧板的外侧， 包括安装弦栓的锥孔， 弦栓的锥轴 插入所述的锥孔 ； 金属弦的一端穿过第二侧板的弦孔， 固定在弦端固定环上 ； 金属弦的另 一端穿过第一侧板的弦孔， 固定在弦栓的锥轴上， 通过转动弦栓调整金属弦的张拉应力。 0012 以上所述的试验装置， 机架、 弦栓座、 弦端固定环和弦栓的材料为不锈钢。 0013 以上所述的试验装置， 金属弦为钢丝。 0014 以上所述的试验装置， 金属弦张紧装置为吉他或小提琴， 吉他或小提琴的琴弦是 所述的金属弦。 0015 以上所述的试验装置， 吉他或小提琴的主体结构用锡箔包裹。 0016 本发明的金属弦应力校正装置利用金属弦的张拉应力与弦振基频。
13、的关系， 用获取 金属弦振动发声的音频信号中的弦振基频换算出金属弦应力值， 根据当前的金属弦的应力 值调整金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力至目标值， 金属弦的张拉应力校准方便、 准确， 便于金属材料起锈与应力关系的试验得到精确的结果。 附图说明 0017 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 0018 图 1 是本发明实施例金属弦张紧装置的主视图。 0019 图 2 是本发明实施例金属弦张紧装置的俯视图。 0020 图 3 是图 1 中的 A 向剖视图。 0021 图 4 是本发明实施例金属弦应力校正装置的原理框图。 具体实施方式 0022 本发明实施例金属材料起锈与应力关系。
14、的试验装置， 包括金属弦张紧装置和金属 弦应力校正装置。 0023 金属弦张紧装置包括机架 1、 11 个弦栓座 2 和 11 套金属弦组件， 金属弦组件包括 金属弦 3、 弦端固定环 4 和弦栓 5。 0024 机架 1 为 U 字形， 包括底板 101 和与底板 101 连接的两块侧板 102、 103， 侧板 10 和 侧板 103 上都有一排弦孔 103。 0025 弦栓座 2 用螺钉 6 固定在侧板 102 的外侧， 弦栓座 2 有一个安装弦栓 5 的锥孔， 弦 栓 5 的锥轴插入弦栓座 2 的锥孔中。 0026 金属弦的一端穿过侧板 103 的弦孔 103， 固定在弦端固定环 4 。
15、上 ； 金属弦的另一端 说 明 书 CN 104266957 A 4 3/4 页 5 穿过侧板102的弦孔103， 绕在弦栓5的锥轴上， 转动弦栓5可以调整金属弦3的张拉应力。 0027 为了防止在试验过程中锈蚀， 机架 1、 弦栓座 2、 弦端固定环 4 和弦栓 5 的材料为不 锈钢。对于钢筋的起锈试验， 金属弦 3 采用钢丝。11 套金属弦组件可以配置同种钢材细丝， 但对钢丝调整的目标张拉应力则可根据研究需要各不相同。 0028 如图 4 所示， 金属弦应力校正装置包括微控制器、 拾音电路、 显示器和键盘。拾音 电路的信号输出端、 显示器的输入端和键盘的输出端分别接微控制器。拾音电路包括咪。
16、头 ( 麦克风 ) 和放大器， 放大器的信号输出端接微控制器。 0029 金属弦的张拉应力 与弦振基频 f 相关， 的确定可以根据如下弦振基频公式 反演得到 ： 0030 0031 式 (1) 中 ,f 为弦振基频， 为目标张拉应力， 为金属弦材料的质量密度， l 则 为弦的有效长度。从而， 张拉应力 可以从下式得到 ： 0032 4l2f2 (2) 0033 按国际单位制， 式 (2) 中各量的单位如下 ： 其中， 张拉应力 (Pa) ； 质量密度 (kg/m3) ； 长度 l(m) ； 频率 f(Hz)。 0034 为了得到当前金属弦的应力值， 通过拨动金属弦， 使金属弦振动发声， 拾音电。
17、路拾 取金属弦振动发声时发出的音频信号， 发送至微控制器， 微控制器获取音频信号中的弦振 基频 f 后， 计算出金属弦应力值 ， 将金属弦应力值 显示在显示器上 ； 金属弦应力值 4l2f2， 其中， 是金属弦质量密度， l 是金属弦的有效长度， 和 l 的值由键盘输入。 0035 采用上述的金属弦应力校正装置来校正金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力， 金 属弦应力校正装置拾取金属弦发出的音频信号， 用获取音频信号中的弦振基频换算出金属 弦应力值， 并将当前的金属弦的应力值显示出来 ； 根据当前的金属弦的应力值可以调整金 属弦张紧装置中金属弦的张拉应力至目标值。 0036 将调整好金属弦的张拉应。
18、力的金属弦张紧装置放在腐蚀环境中 ( 如腐蚀环境模 拟箱中或需要监测的钢筋混凝土实际工作环境)。 可通过观察、 记录各种应力水平作用下弦 的蚀断时间， 研究不同腐蚀性介质及其浓度、 环境温湿度条件下的金属材料抗腐蚀性能及 其规律。 0037 金属弦张紧装置和金属弦应力校正装置可提供 11 根丝弦的对比实验结果。 0038 在没有上述专用金属弦张紧装置的时候， 应力腐蚀试验中的金属弦张紧装置可以 采用低成本的吉他或小提琴等弦乐器代替， 此时， 吉他或小提琴的琴弦是需要用来试验的 金属弦。 0039 为防止试验过程中损伤小提琴或吉他， 吉他或小提琴的主体结构用锡箔包裹， 仅 外露琴枕至琴马 ( 有。
19、效长度 ) 范围内的试验金属弦。 0040 将上述弦乐器式的模拟装置移入环境模拟箱。可通过观察、 记录各种应力水平作 用下弦的蚀断时间， 研究不同腐蚀性介质及其浓度、 环境温湿度条件下的金属材料抗腐蚀 性能及其规律。 0041 小提琴每次仅可提供四根丝弦的对比实验结果， 如采用吉他以获得每次六个对比 说 明 书 CN 104266957 A 5 4/4 页 6 实验结果。 0042 本发明以上实施例的金属弦应力校正装置利用金属弦的张拉应力与弦振基频的 关系， 用获取金属弦振动发声的音频信号中的弦振基频换算出金属弦应力值， 根据当前的 金属弦的应力值调整金属弦张紧装置中金属弦的张拉应力至目标值， 金属弦的张拉应力校 准方便、 准确， 便于金属材料起锈与应力关系的试验得到精确的结果。 说 明 书 CN 104266957 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104266957 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104266957 A 8 。