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1、10申请公布号CN102095597A43申请公布日20110615CN102095597ACN102095597A21申请号201110004741322申请日20110111G01M99/00201101G01D3/02820060171申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号72发明人任伟新陈格威74专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人颜勇54发明名称一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法57摘要一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，是在待测材料制备的标准疲劳试件上粘贴实验疲劳寿命计；置于环境舱，在2060之间，调整环境舱的温度，测量每个温度点实。
2、验疲劳寿命计的实时电阻值RI；将20时测得的疲劳寿命计的电阻值作为基准电阻值R；以温度为横坐标、电阻变化率为纵坐标设置笛卡尔直角坐标系，得到不同温度点电阻变化率数据点的离散分布图，采用三次多项式对离散的数据点进行曲线拟合；并采用最小二乘法原理，计算出三次多项式中各项的系数，从而得到相应材料的通用三次多项式TJ；根据疲劳寿命计温度修正系数STJR，计算出待测材料相应温度点的温度修正系数S，对实际工程中所测得的R测进行修正。本发明根据被监测材料，在实验室分别测出其温度修正系数，在实际工程中直接应用，使现场测试变得简单方便，工程适用性强。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请。
3、权利要求书1页说明书7页附图2页CN102095605A1/1页21一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，包括下述步骤第一步采用与待检测部件相同的材料，制备圆形横截面标准疲劳试件，在每根试件上对称粘贴至少6片实验疲劳寿命计；第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的环境舱，设定环境舱的温度为20，测量每一片实验疲劳寿命计的基准电阻值R；第三步在2060之间，按变温间隔区间T取5或10，调整环境舱的温度，每个温度点TI保温3060分钟，测量相应温度点每一片实验疲劳寿命计的实时电阻值RI，I12M；第四步以温度T为横坐标、电阻变化率为纵坐标设置笛卡尔直角坐标系，其中，R为实时温度的电。
4、阻值与基准电阻值R之差；根据第三步所得的TI、RI数据，得到电阻变化率数据点的离散分布图，根据离散分布图中数据点的分布形状，采用三次多项式对离散的数据点进行曲线拟合，确定三次多项式为式中TJ是以温度TJ为自变量的函数，其中TJ为实际工程中所测得温度；第五步根据最小二乘法原理，将TI、RI代入为三次多项式集合；取JI，得到令即将第三步所得的TI、RI数据代入I中，当TI满足时，由求多元极值的必要条件可得即得到含有4个未知数1、2、3、的四个方程，解方程组，得1、2、3、，从而得到拟合的第六步按式STJR计算出实际工程中所测得相应温度点TJ的疲劳寿命计温度修正系数S，对实际工程中所测得的R测进行修。
5、正得到修正后的值R修，即R修R测S。2根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在于所述实验疲劳寿命计为612片。3根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在于所述粘结采用J25胶。4根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在于所述环境舱为MTS810环境舱。5根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在于所述实验用疲劳寿命计由铜镍锰铁硅精密电阻合金制造，其组成成分的重量百分比比为43NI，18MN，01FE，03SI余量为CU。权利要求书CN102095597ACN102095605A。
6、1/7页3一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法技术领域0001本发明涉及一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，用于桥梁疲劳寿命计温度补偿。技术背景0002国外1966年出现了报道疲劳寿命计的研究的，立即引起了极大的关注。DARRELLRHARTING在文中重点介绍了电阻随疲劳历程自动累积这一疲劳寿命计的固有特性。00031972年，ROBERSHORNE和OSCARLFREYRE在他们的研究报告中介绍了用特殊退火康铜箔制成的疲劳寿命计的电阻疲劳累积性能、以及标定寿命计电阻疲劳累积性能曲线的实验方法，包括测试设备、测试流程、荷载控制方法等。在报告中，作者对寿命计的应用技术做了探讨，包括寿。
7、命计布设点位的优化，应变倍增器的尺寸定位，寿命计数据采集方法等；并以飞机的不同部件为测试对象，研究寿命计评估被测对象疲劳状态的方法。00041975年，PCHARSLEY和BAROBINS对由不同的合金成分、制备工艺的铜镍合金箔、纯铜箔制成的应变计进行大量的疲劳实验，分别从理论和实验说明了集聚体的作用，解释了在疲劳加载作用下电阻变化的机理。0005美国波音公司首先研制成功SN疲劳寿命计并应用于航空航天结构的疲劳监测，1976年美国微测量公司曾在其产品目录中出现过SN疲劳寿命计的介绍，0006在我们国内，上世纪80年代后期，由南京航空航天大学、629所、上海有色金属研究所、航天工业部702所等单。
8、位合作研制了箔式疲劳寿命计，90年代陆续发表了一些论文。南京航空学院的陶宝祺等首次介绍了国内自行研制的箔式疲劳寿命计，内容包括疲劳寿命计的响应机理、特性曲线标定方法以及国产疲劳寿命计的主要性能指标；陈学立介绍了制备疲劳寿命计箔材的正交试验方法；胡明敏、周克印、陈杰等学者公布了对国产疲劳寿命计进行特性曲线标定的方法及结论，同时对国产疲劳寿命计的平均应变响应和周期变载响应特性进行了测试，并探讨了利用疲劳寿命计预测结构疲劳寿命的方法；尹福炎对国产疲劳寿命计与国外同类产品在结构形式与一般性能进行了比较。欧进萍院士课题组对疲劳寿命计在海洋平台结构监测中布设位置的确定、贴片及保护工艺进行了有益的探讨。00。
9、07由上述综述可知，现有的疲劳寿命传感元件研究基本上没有考虑桥梁结构这类土木结构特殊的使用环境，大型桥梁结构处于十分复杂的环境下长期工作，风、浪、温度、地震等作用频繁。其中粘贴于其上处于工作状态的桥梁疲劳寿命计受温度的影响非常大，常常桥梁结构上被监控的危险点已经达到了疲劳破坏状态，而由于温度的影响，疲劳寿命计却不能正确的指示出这种危险状态，因此要想利用疲劳寿命计对桥梁构件危险点进行疲劳监测就必须剔除环境温度的影响，温度补偿于是成为疲劳寿命计实际应用的关键问题之一。发明内容0008本发明的目的是提供一种效果优良的桥梁疲劳寿命计温度补偿修正方法，用于粘贴在桥梁上长期工作的桥梁疲劳寿命计的温度补偿。。
10、说明书CN102095597ACN102095605A2/7页40009本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，包括下述步骤0010第一步采用与待检测部件相同的材料，制备圆形横截面标准疲劳试件，在每根试件上对称粘贴至少6片实验疲劳寿命计；0011第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的环境舱，设定环境舱的温度为20，测量每一片实验疲劳寿命计的基准电阻值R；0012第三步在2060之间，按变温间隔区间T取5或10，调整环境舱的温度，每个温度点TI保温3060分钟，测量相应温度点每一片实验疲劳寿命计的实时电阻值RI，I12M；0013第四步以温度T为横坐标、电阻变化率为纵坐标设。
11、置笛卡尔直角坐标系，其中，R为实时温度的电阻值与基准电阻值R之差；根据第三步所得的TI、RI数据，得到电阻变化率数据点的离散分布图，根据离散分布图中数据点的分布形状，采用三次多项式对离散的数据点进行曲线拟合，确定三次多项式为式中TJ是以温度TJ为自变量的函数，其中TJ为实际工程中所测得温度；0014第五步根据最小二乘法原理，将TI、RI代入为三次多项式集合；取JI，得到令即将第三步所得的TI、RI数据代入I中，当TI满足时，由求多元极值的必要条件可得即得到含有4个未知数1、2、3、的四个方程，解方程组，得1、2、3、，从而得到拟合的0015第六步按式STJR计算出实际工程中所测得相应温度点TJ。
12、的疲劳寿命计温度修正系数S，对实际工程中所测得的R测进行修正得到修正后的值R修，即R修R测S。0016本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述实验疲劳寿命计为612片。0017本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述粘结采用J25胶。0018本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述环境舱为MTS810环境舱。0019本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述实验用疲劳寿命计由铜镍锰铁硅精密电阻合金制造，其组成成分的重量百分比比为43NI，18MN，01FE，03SI余量为CU。0020本发明采用上述测量方法，利用疲劳寿命计电阻对温度响应的累。
13、积很小这一关键特性，升温时，其电阻变化率出现负值，降温时出现正值，其电阻响应变化机理为疲劳寿命计敏感栅膨胀速度大于构件膨胀速度，J25粘结剂膨胀速度小于疲劳寿命计的敏感栅速说明书CN102095597ACN102095605A3/7页5度，这样当温度升高时，疲劳寿命计首先膨胀，但被滞后的J25粘结剂和构件挡住不能伸长而受到压缩，这就出现了升温时电阻变化率为负值的事实；后者刚好相反，当温度下降时，疲劳寿命计敏感栅受到拉伸，才会出现电阻变化率为正值，即疲劳寿命计敏感栅冷却速度小于构件冷却速度，J25粘结剂冷却速度又大于疲劳寿命计敏感栅冷却速度，从而使其敏感栅处于受拉状态。据此可通过控制环境温度舱温。
14、度获得被监测材料的不同温度下的疲劳寿命计温度修正系数，利用所得到的温度修正系数对被监测对象现场测得的疲劳寿命计测量值进行修正，从而完成被监测对象的疲劳寿命参数的温度补偿，经检测，采用本发明方法对桥梁疲劳寿命参数进行温度修正，修正后的误差数据通过式计算，未修正的误差数据通过式计算，则补偿后所获得的桥梁疲劳寿命参数值误差在048254之间，而未补偿所测得的测量值误差为220513之间。0021另外，本发明采用了与被测构件相同的材料制成实验标准试件，从而保证了实验用疲劳寿命计与工作疲劳寿命计对温度产生相同的电阻响应，补偿效果较好；可以在实验室分别测出疲劳寿命计粘贴在不同类型的材料上时的温度修正系数，。
15、直接在实际工程中针对不同的桥梁材料应用相应的温度修正系数进行温度补偿，简单、适用性强；在得到各种类型桥梁钢材温度补偿修正系数后，可以方便的利用MATLAB软件进行编程，为疲劳寿命计温度补偿软件平台的开发提供便利，从而适用于工程中大规模的应用。总结起来，本发明具有以下优点00221、实验用疲劳寿命计与工作疲劳寿命计始终对温度具有相同的电阻响应，确保了测量值的精度和稳定性。00232、可以根据被监测材料，在实验室分别测出其温度修正系数，在实际工程中针对不同的桥梁材料直接应用，从而使现场测试变得简单方便。00243、有利于编程开发软件平台，工程适用性强。附图说明0025附图1为本发明粘贴了实验用疲劳。
16、寿命计的实验标准试件示意图。0026附图2为本发明实施例1所得的实验数据离散分布图。0027附图3为本发明实施例2所得的实验数据离散分布图。0028图中1实验用疲劳寿命计，2实验标准试件。具体实施方式0029下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。0030实施例10031第一步采用14MNNBQ制备圆形横截面标准疲劳试件，用J25胶在每根试件上对称粘贴6片由铜镍锰铁硅精密电阻合金制造，组成成分的重量百分比为43NI，18MN，01FE，03SI余量为CU的实验疲劳寿命计；0032第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的MTS810环境舱中，设定环境舱的温度为20，测得基准电阻值如下。
17、表说明书CN102095597ACN102095605A4/7页600330034第三步在2060之间，按变温间隔区间T取10调整环境舱的温度，每个温度点保温3060分钟，测得20、10、0、10、30、40、50、60相应温度点每一片实验疲劳寿命计的实时电阻值RI，I12M，具体测量值见下表；00350036以温度T为横坐标、电阻变化率为纵坐标设置笛卡尔直角坐标系，其中，R为实时温度的电阻值与基准电阻值R之差；根据第三步所得的TI、RI数据，得到电阻变化率数据点的离散分布图，根据离散分布图中数据点的分布形状，采用三次多项式对离散的数据点进行曲线拟合，确定三次多项式为式中TJ是以温度TJ为自变。
18、量的函数，其中TJ为实际工程中所测得温度；0037第五步根据最小二乘法原理，将TI、RI代入取JI，得到令即说明书CN102095597ACN102095605A5/7页70038将第三步所得的TI、RI数据代入I中，当TI满足时，由求多元极值的必要条件可得即得到含有4个未知数1、2、3、的四个方程，解方程组，得1、2、3、，从而得到拟合的0039第六步按式STJR即可计算出14MNNBQ制作的工程构件在实际工程中相应温度点TJ的疲劳寿命计温度修正系数S，对实际工程中所测得的R测进行修正得到修正后的值R修，即R修R测S，指导工程应用。0040本实施例中，准备2片由43NI，18MN，01FE，。
19、03SI余量为CU制成并且初始电阻值R79258桥梁疲劳寿命计工作片，将2片桥梁疲劳寿命计工作片分别粘贴在2根由合金钢14MNNBQ材料制成直径为11MM的标准圆试件上，标准圆试件分别编号为1、2；所述桥梁疲劳寿命计工作片均设有两个由漆包铜线制作的信号引出端；00411、将粘贴在1号标准圆试件上的桥梁疲劳寿命计工作片的两个信号引出端分别直接连接日本日置微电阻计3541；将所述标准圆试件置于温度环境舱中，随后关闭环境舱舱门，控制环境舱温度为常温20，进行应力幅值为2000的疲劳加载，开启所述日本日置微电阻计3541，直至标准圆试件断裂，记录下标准圆试件断裂时的电阻采集仪显示的读数R2083998。
20、，即为所述桥梁疲劳寿命计工作片不受温度影响时的电阻读数；00422、将粘贴在2号标准圆试件上的桥梁疲劳寿命计工作片的两个信号引出端分别直接连接日本日置微电阻计3541；将所述标准圆试件置于温度环境舱中，随后关闭环境舱舱门，控制环境舱温度为60，进行应力幅值为2000的疲劳加载，开启所述日本日置微电阻计3541，直至标准圆试件断裂，记录下标准圆试件断裂时的电阻采集仪显示的读数R6080026，即为所述桥梁疲劳寿命计工作片受温度影响时的电阻读数；0043根据STJR计算60时，由14MNNBQ制备的构件的温度修正系数S2395；0044得到R修R60S824210045修正后的误差数据通过式计算为。
21、188，未修正的误差数据通过式计算为473。由上可知经本发明修正后所得到的疲劳寿命计测量值更接近其在常温不受温度影响时的值，因而经本发明修正后的的值更能真实的指示出所监测构件的疲劳损伤状态。0046实施例20047第一步采用40CR制备圆形横截面标准疲劳试件，用J25胶在每根试件上对称粘贴6片由铜镍锰铁硅精密电阻合金制造，组成成分的重量百分比为43NI，18MN，01FE，03SI余量为CU的实验疲劳寿命计；0048第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的MTS810环境舱中，设定环境舱的温度为20，测得基准电阻值如下表说明书CN102095597ACN102095605A6/7页。
22、800490050第三步在2060之间，按变温间隔区间T取10调整环境舱的温度，每个温度点保温3060分钟，测得20、10、0、10、30、40、50、60相应温度点每一片实验疲劳寿命计的实时电阻值RI，具体测量值见下表；00510052以温度T为横坐标、电阻变化率为纵坐标设置笛卡尔直角坐标系，其中，R为实时温度的电阻值与基准电阻值R之差；根据第三步所得的TI、RI数据，得到电阻变化率数据点的离散分布图，根据离散分布图中数据点的分布形状，采用三次多项式对离散的数据点进行曲线拟合，确定三次多项式为式中TJ是以温度TJ为自变量的函数，其中TJ为实际工程中所测得温度；0053第五步根据最小二乘法原理。
23、，将TI、RI代入取JI，得到令即说明书CN102095597ACN102095605A7/7页90054将第三步所得的TI、RI数据代入I中，当TI满足时，由求多元极值的必要条件可得即得到含有4个未知数1、2、3、的四个方程，解方程组，得1、2、3、，从而得到拟合的0055第六步按式STJR即可计算出40CR制作的工程构件在实际工程中相应温度点TJ的疲劳寿命计温度修正系数S，对实际工程中所测得的R测进行修正得到修正后的值R修，即R修R测S，指导工程应用。0056本实施例中，准备2片由43NI，18MN，01FE，03SI余量为CU制成并且初始电阻值R80029桥梁疲劳寿命计工作片，将2片桥梁。
24、疲劳寿命计工作片分别粘贴在2根由合金钢40CR材料制成直径为11MM的标准圆试件上，标准圆试件分别编号为1、2；所述桥梁疲劳寿命计工作片均设有两个由漆包铜线制作的信号引出端；00571、将粘贴在1号标准圆试件上的桥梁疲劳寿命计工作片的两个信号引出端分别直接连接日本日置微电阻计3541；将所述标准圆试件置于温度环境舱中，随后关闭环境舱舱门，控制环境舱温度为常温20，进行应力幅值为2000的疲劳加载，开启所述日本日置微电阻计3541，直至标准圆试件断裂，记录下标准圆试件断裂时的电阻采集仪显示的读数R2083630，即为所述桥梁疲劳寿命计工作片不受温度影响时的电阻读数；00582、将粘贴在2号标准圆。
25、试件上的桥梁疲劳寿命计工作片的两个信号引出端分别直接连接日本日置微电阻计3541；将所述标准圆试件置于温度环境舱中，随后关闭环境舱舱门，控制环境舱温度为20，进行应力幅值为2000的疲劳加载，开启所述日本日置微电阻计3541，直至标准圆试件断裂，记录下标准圆试件断裂时的电阻采集仪显示的读数R2087264，即为所述桥梁疲劳寿命计工作片受温度影响时的电阻读数；0059根据STJR计算20时，由40CR制备的构件的温度修正系数S3215；0060得到R修R20S840490061修正后的误差数据通过式计算为050，未修正的误差数据通过式计算为435。由上可知经本发明修正后所得到的疲劳寿命计测量值更接近其在常温不受温度影响时的值，因而经本发明修正后的的值更能真实的指示出所监测构件的疲劳损伤状态。说明书CN102095597ACN102095605A1/2页10图1图2说明书附图CN102095597ACN102095605A2/2页11图3说明书附图CN102095597A。