极限测试

极限测试（精选4篇）

极限测试 篇1

摘要：介绍了一种在不同应力状态下, 结构钢材的疲劳极限测试方法, 该测试方法以不同应力状态为条件, 通过测试疲劳极限, 获取材料的S-N曲线 (应力与循环次数关系的曲线) , 并以广州市海珠桥结构用钢为实例工程, 对该桥钢材进行疲劳极限测试。通过测试结果表明, 该方法得到的结果可满足对钢材剩余寿命进行评估。

关键词：钢结构,疲劳极限,剩余寿命

1 工程背景

在对已服役多年的钢结构建筑进行结构使用状态评估时, 常常需要去测算或者估算钢材的剩余寿命, 而在测算钢材剩余寿命时, 需要所测结构用钢在不同应力状态下的疲劳寿命, 从而获取疲劳极限, 并确定出材料在循环荷载往复作用下的S-N曲线。本文提出一种材料在不同应力状态下疲劳极限的测试方法, 并结合广州市海珠桥主桥上部结构钢结构损伤检测评估, 对其受拉弦杆进行测试, 画出其S-N曲线, 为剩余寿命评估提供依据。

2 试验原理

由疲劳损伤理论可知, 疲劳损伤与循环比ni/Ni, f密切相关。其中ni和分别表示在应力幅和平均应力幅水平综合作用下, 所施加应力的循环次数和疲劳寿命。疲劳分析和设计的标准方法都是以应力为基础的, 这种方法也称为应力-寿命或S-N方法, 主要有以下几个特点:

1) 循环应力是疲劳失效的控制参数;

2) 高周疲劳条件表现为:疲劳失效循环次数高, 循环加载塑性变形小。

疲劳试验期间, 试样承受交变载荷的作用, 直至发生疲劳失效。在试样上所施加的载荷, 由恒定应力范围 (Sτ) 或恒定应力幅Sα确定。

通常, 采用对称循环的交变加载方式进行S-N疲劳试验。对称循环表示以零平均应力进行交变加载。因此, 其应力比R为:

2.1 评估程序

条件疲劳极限一般采用升降法的数理统计法进行, 可以获取材料的疲劳极限值, 用以评估和设计材料或构件的疲劳强度。在众多疲劳强度试验方法中, 阶梯法 (或升降法) 是一种常用的方法, 已被许多标准所采纳, 如英国标准协会、日本机械工程师协会、法国标准化委员会和美国金属粉末工业联合会等。

升降法一般按以下程序进行:试验从高于疲劳极限的应力水平开始, 然后逐级降低。在应力σ0作用下, 试验第一根试件, 若该试件在未达到指定寿命N=107次之前发生了破坏, 则第二根试件就在低一级的应力σ1下进行试验。一直到某一试件在某一应力水平σ1下经过107循环没有破坏 (越出) , 则进行第i+1根的高一级应力σi-1下的试验。依此类推, 凡前一根试件达不到107次循环而破坏, 则随后的一次试验就要在低一级的应力下进行;相反则要在高一级应力下进行, 直至完成全部试验为止。各级应力之差Δσ叫做“应力增量”, 在整个过程中, Δσ应保持不变。如图1所示。

2.2 评估方法

对于各评估步骤中所用到的方法介绍如下。

处理数据时, 在第一对出现相反结果以前的数据均舍弃, 其余数据均为有效数据。因此, 图1的统计计算结果为:

通常, 至少取5级应力水平。各级应力水平上试样的数量分配应随着应力水平的降低而逐渐增加。用升降法求得的条件疲劳极限作为S-N曲线上最低应力水平点。

以σα为纵坐标, N次数为横坐标, 用最佳拟合法绘制成一条曲线, 即为S-N曲线。横坐标一般采用lg N。

3 样品制备

样品规格及取样工程部位如表1所示, 试样形状图如图2所示。

样品的拉伸力学性能指标如表2所示。

4 测试结果

依照本测试的方法与程序, 结合广州市海珠桥主桥上部结构钢结构损伤检测评估项目, 在其下弦杆抽取5个样品分别进行制样, 以其中1#与2#共两个样品为例, 疲劳极限的测试结果如下。

对于1#样品, 疲劳极限试验数据结果如表3和图3所示。

根据表3和图3, 由升降法的统计公式可得到, 1#样品的条件疲劳极限为:

为获取S-N曲线, 需增加高于应力疲劳极限的其他应力水平。试验结果如表4和图4所示。

应用相同方法, 对于2#样品, 试验结果如表5所示, 疲劳试验结果如图5所示。

根据表5和图5, 由升降法的统计公式可得到, 2#样品的条件疲劳极限为:σ= (3×91.0+4×97.5+1×104.0+3×110.5+2×117.0) /14=102.5MPa。

为获取S-N曲线, 需增加高于应力疲劳极限的其他应力水平。试验结果如表6和图6所示。

5 结论

通过比对, 本文提出的钢材在不同应力状态下疲劳极限的测试方法, 具有良好的实施操作性。根据广州市海珠桥主桥上部结构钢结构损伤评估项目的测试结果, 其数据说明该测试方法具有良好的适用性, 可得出其S-N曲线, 为剩余寿命评估提供依据。

参考文献

[1]GB/T50621—2010钢结构现场检测技术标准[S].

[2]GB/T228.1—2010金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法[S].

[3]GB/T3075—2008金属材料疲劳试验轴向力控制方法[S].

[4]GB/T714—2008桥梁用结构钢[S].

极限测试 篇2

一．填空：(本题共10小题，每题2分，总分20分)

cosx1)在x0处连续，应补充定义f(0).x22x，则其反函数f1(x)的导数[f1(x)].2、设　yf(x)1x1、要使f(x)arccos(sinxe2ax1，当x03、设f(x)在x0处连续，则a.xa，当x04、若x0时yf(x0x)f(x0)与x(tanxcos2x)为等价无穷小,则f(x0).5、设在01，上f(x)0，则f(0)，f(1)，f(1)f(0)的大小顺序为.1(x2)arctan，x2，6、设　f(x)则左导数f(2).x20，x2， 2x27、f(x)ln(x2x)定义域为.x8、设(x)x33x2,(x)c(x1)n,且x1时(x)~(x),则c ,n.f(1sinx)f（19、设f(x可导，则)limx0xtxan).10、设f(arctanx)1x2,则 f(x).二．选择：(本题共5小题，每题2分，总分10分)1．要使f(x)(2x2)22x2在x0处连续，应补充定义f(0)（）.41

(A)．0(B)．e(C)．e(D)．e2.设F(x)(xx)(exx1)(x),则F(x)().(A)是奇函数而不是偶函数(B)是偶函数而不是奇函数(C)是奇函数又是偶函数(D)非奇函数又非偶函数n2n1(1)n3.设数列的通项为xnn(A)无穷大量(B)无穷小量，则当n时，xn是().(C)有界变量，但不是无穷小(D)无界变量，但不是无穷大4.设yf(x)具有连续的一阶导数,已知f(0)0,f(0)2,f(1)2,f(1)1,1|().1f(2)1,f(2)1,f(3)3,f(3),则f(x)x1211(A)．(B)．(C)．1(D)．132

5.设f(x)的定义域为[0,1],则f(x21)的定义域为().(A)[1,0](B)[2,1][1,2](C)[2,1][1,2](D)[1,1]

三．计算：(本题共9小题.前4题各5分,后5题各6分,共50分)

1、lim(12n12(n1))

n

2、求极限lim(4x28x52x1)．x3x2

23、设 lim(axb)1，求a，b.xx

14、求极限lim(cosx)． x01xx22(x1)

5、设　f(x)3xx,用对数求导法计算f(x)．arctanx6、求由方程 x3y33axy0(a0)确定隐函数yy(x)的微分dy及y.1xcos，x07、设f(x)，讨论当为何值时f(x)连续． x0，x08、设f(x)满足f(x)af3(x),求f(n)(x).9.设2f(x)f(1)x2,求f(x).x

四、应用：(本题共2小题，每题5分，总分10分)1.设yax2与ylnx相切,求a及切线方程.xetxcost

12、设一质点运动方程为求质点在x0处的速度.2ytt

五、证明：(本题共2小题，每题5分，总分10分)

1.证明方程x57x4在区间(1，内至少有一个实根．2)2.若limf(x)0，且limxx0xx0f(x)A0，证明：limg(x)0．

自平衡法测试桩基极限承载力 篇3

近年来,高层建筑及道桥工程日益增多,桩基础的应用也越来越广泛。桩基应用的一个重要问题就是确定其承载力,传统的静载荷试验方法如堆载法和锚桩法已经越来越多地在其应用过程中体现出局限性。1989年美国西北大学土木系荣誉教授Osterberg博士,提出了一种全新的确定桩承载力的方法[1]。自提出以来,已经在美国、加拿大、欧洲、日本、中国香港等国家和地区的许多工程中得到应用,并取得了很明显的效果,试桩承载力已经达到了133 000 kN。20世纪90年代初这种测桩技术被引入国内,东南大学土木工程学院龚维明教授等自1996年起对关键技术荷载箱进行了改进,并研究开发出一套完善的位移量测、数据采集系统,随后在江苏、浙江、云南等地得到广泛应用,并成功运用于润扬大桥等大型工程中,取得了显著的成果和效益,较好的解决了大型桩基承载力测试方面的一些难题[2]。

1 自平衡测试法的原理

自平衡测桩法是通过一个预埋在桩端附近的荷载箱,向桩体施加垂直向的荷载,同时测得荷载箱上、下两部分各自的承载力。进行测桩试验时,在地面上通过油泵加压,使荷载箱的压力逐级增加,荷载箱也将同时产生上、下两个方向的位移,使桩体侧摩阻力和桩端阻力得以发挥,图1为试验示意图。

分别通过压力表和位移传感器测得荷载箱中的压力和荷载箱的位移,根据这些数据可以绘制出上、下压力与位移关系图。据此可分别确定出荷载箱上、下两部分桩各自的极限承载力。 再由两者叠加,可得出桩体总的极限承载力。

在计算荷载箱以上部分桩的极限侧摩阻力时需要注意:

1)由于这部分桩的摩擦力方向向下,与桩体自重方向相同,在计算时需要扣除桩体的自重。

2)这部分桩对土体产生向上的摩擦力,使得土层松散,而正常荷载下桩的摩擦力方向与之相反,会使得土层密实,因此这种方法测出的摩阻力小于桩正常荷载下的摩阻力。如直接叠加下部分桩的极限承载力,则得到的结果就偏于保守。根据我国桩基规范对结果作以下修正,即桩抗压总极限承载力Quk为:

其中,Gp为荷载箱上部桩体自重;λ为修正系数,对于黏土、粉土,λ=0.8,对于砂土,λ=0.7。

2 测试技术

2.1 荷载箱的放置

荷载箱是自平衡测桩系统中的荷载施加设备,其位置的选取需要根据不同的情况作出不同的选择。自平衡测试法所谓的平衡即荷载箱上下两方向的反力相等,而这个平衡是由桩周总侧摩阻力和桩端持力层的反力决定的。只有在两者同时达到极限值时,桩才能发挥其极限承载力。因此,需要在桩体中找到一个能同时使荷载箱上、下桩体发挥极限承载力的平衡点,这个平衡点就是荷载箱放置的位置。

常规确定荷载箱位置的方法是先进行预估,主要是根据测试桩处的地质条件和勘察报告中所给出的各个土层的摩阻力来确定。对于端承型桩,荷载箱应预埋在桩端附近,使得桩周侧摩阻力近似等于桩端地基极限承载力;对于摩擦型桩,荷载箱预埋在桩体中的某一位置,要求该位置以上桩体抗拔极限承载力近似等于其下部桩体的极限侧摩阻力与桩端极限承载力之和。国外工程中试桩的桩端都作用在坚硬的持力层,因此采取的方法都是将荷载箱放置在桩端,这样可以同时测得桩端阻力和桩侧摩阻力极限值。在我国华东地区,大部分桩属于端承摩擦桩,即预估的桩侧摩阻力极限值大于桩端阻力极限值,而且在很多钻孔灌注桩工程中出现有桩端虚土、沉渣等现象,如果将荷载箱放置在桩端,在测得桩端阻力极限值时的桩体侧摩阻力尚未达到极限承载力,会造成桩承载力的浪费。因此,综合考虑以上情况,应将荷载箱放置在桩体中的某一位置,能同时发挥桩端阻力和桩体侧摩阻力极限值,两者之和才能更好的反映桩体总的极限承载力。

2.2 测试时间及加载方式

在桩身强度达到设计要求的前提下,成桩到开始试桩的时间:对于砂土不少于10 d,对于黏性土和粉土不少于15 d,对于淤泥或淤泥质土不少于25 d。美国曾在一嵌岩桩试验中,将早强剂掺入混凝土中,从浇混凝土到试桩完毕仅用了4 d。南京世纪塔挖孔桩工程中,在混凝土中也掺入早强剂,从浇捣混凝土至试桩结束,仅用了7 d[3]。

加载方式可采用慢速维持荷载法,也可采用快速维持荷载法。其有关参数如下:

1)荷载分级:ΔQ=850 kN,第一级按1 650 kN加荷;

2)稳定标准:小于0.1 mm/h,并连续出现两次;

3)沉降测读:加载后隔5 min,10 min,15 min,15 min,15 min各测读一次;

4)钢筋应力计测读:每级荷载达到相对稳定标准时测读钢筋应力计的频率值。

2.3 测试结果处理

根据现场实测数据,可以分别绘制上、下两个方向的荷载—位移曲线图,见图2。

根据位移随荷载的变化特性确定极限承载力。如果Q—S曲线为陡降型的,取曲线发生明显陡变的起始点所对应的荷载为极限承载力;如果Q—S曲线为缓变型,则分别取对应于向上和向下位移40 mm～60 mm处的荷载为其承载力极限值。大直径桩取S=(0.03～0.06)D(桩径)点处对应的荷载为承载力极限值。如根据沉降—时间曲线图来确定极限承载力,则取S—logt曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载值为其承载力极限值。

3 经济分析

采用自平衡测桩法,能大量地节约材料费、运输费、人工费,相比传统静载试验,总费用可节约30%～60%。另外,对于一些场地,如果要使用传统静载试验,就要预先进行场地处理以及运输道路的修建,这一部分附加的费用也是相当大的。再就是,大型桩基测试中,由于需要的堆载吨位过大,无法使用传统静载试验来确定其承载力,因此,大部分采用保守的估算方法,这样就导致设计的桩数过多,不能使桩充分发挥其承载力,也造成了很大的浪费。采用传统的静载试验也会带来一些人身安全问题、环境污染问题。综合比较这几方面,采用自平衡测桩法,不仅可以节约大量的费用,同时也会避免产生安全事故及环境污染问题。

4 结语

自平衡测桩法问世以来,以其方法简便、测试荷载大、结果相对准确等优点,已经迅速地应用于许多工程中,尤其是在大型桩基测试方面,效果很好。使用结果也表明,这种测桩法较以往的静载试验测桩法有更大的经济效益。相信会在以后更多的工程中得到大面积推广。当然,这种方法也需要在使用过程中进一步改进,如荷载箱位置的准确定位、试验结果的转换等方面,还需要做大量的工作来完善这种测试方法,使得这种测试方法能更好的应用于工程中。

摘要：介绍了自平衡测桩法的工作原理,从荷载箱的放置、加载方式、测试结果处理等方面对自平衡测桩法的关键技术进行了详细阐释,并通过与传统测桩法的对比,得出了自平衡测桩法的优越性。

关键词：自平衡,静载试验,荷载箱,极限承载力

参考文献

[1]Jori Osterberg.New device for load testing driven piles anddrilled shaft separates friction and end bearing[J].Piling andDeep Foundations,1989(5):421-427.

[2]龚维明,蒋永生,翟晋.桩承载力自平衡测试法[J].岩土工程学报,2000,22(5):32-36.

[3]龚维明,戴国亮,蒋永生,等.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报,2002,23(1):82-88.

[4]朱宏.多节挤扩桩的检测手段初探[J].山西建筑,2008,34(5):174-175.

[5]041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

极限测试 篇4

光收发模块是光纤通信网络中完成电/光、光/电转换的关键部件[1]。光交换机或设备的板卡通过I2C总线接口与光收发模块通信,对其进行配置并获取监控信息[2],但不同厂家或不同型号的板卡对光收发模块的I2C接口的要求有所不同,此外工作时的不确定因素也会带来一定的影响。为了在更大程度上满足板卡I2C接口的要求,并在一定程度上克服不确定因素带来的影响,在CPLD(复杂可编程逻辑器件)上开发了I2C的极限测试控制器。

I2C的极限测试用于评估光收发模块I2C通信的鲁棒性,其鲁棒性高时,即使板卡不满足I2C协议的要求,但在不超过太多的情况下,板卡与光模块的I2C通信依然可以正常进行,这样就避免了不稳定因素导致的错误,甚至是需要人为调整的不便。光收发模块具有较高的鲁棒性对于光网络的稳定运行具有积极意义。

1I2C总线概述

I2C总线是一个 国际通行 的低速通 信接口标准,在消费类电子、通信和工业电子领域得到了广泛的应用。为了降低设计成本和设计复杂度,飞利浦公司提出了一种 双线双向 的总线架 构,称为InterIC或I2C总线。该总线制要求两条线路,一条SCL(串行时钟线)和一条SDA(串行数据线),每个连接到总线的器件都有唯一的地址,在数据传输过程中,总线上并接的每一个器件都可以为主机,也可以为从机,取决于其需要完成的功能[3]。

I2C总线有三种模式:标准模式(100kbit/s)、快速模式 (400kbit/s)和高速模 式 (3.4 Mbit/s)。主机发出的信号分为地址和数据两部分。接收端采用SCL信号同步采样读取数据,协议规定数据变化只发生在SCL信号为低电平期间,高电平期间要保持SDA信号的稳定。SCL为高电平时,SDA信号由高电平变为低电平,即为开始条件,反之由低电平变为高电平,则为停止条件[4]。

2系统设计

I2C总线极限测试主要包括频率测试和线路特性测试两大类。

频率测试中总线频率为500~1kHz,并且间隔不同,频率越低间隔越小,转换为周期则呈现非线性特征,所以拟合成4条直线段,对直线的斜率和截距取整并且调整到误差较小的状态。

线路特性测试分为总线频率100kHz(标准模式)和400kHz(快速模式)两种情况。根据I2C总线规范[3]中对线路特性参数的规定以及文献[5]综合得到光收发模块I2C线路特性要求,如表1所示。针对线路特性,每一项设计最小值的极限一般取最小值的50%~100%;设计最大值的极限一般取最大值的100%~120%。

在I2C总线的两大类测试中,总线帧格式相同,各模块复用。VerilogHDL(硬件描述语言)[6]模块总体结构如图1所示。

2.1控制模块

控制模块控制每次极限测试的开始,并给出各测试所需要的参数,测试完成后收集接收数据与出错信息,从而判断测试通过与否。

模块中的主要信号及处理过程如下:

(1)控制每次极限测试的脉冲时钟。在该时钟的脉冲位置时刻,模块产生数据信号和写操作信号,地址及开始模块接收到信号之后返回一个回馈信号,并产生测试开始信号;同时,控制模块计算下一次测试所需要的参数。

(2)总线频率的控制时钟。该时钟的频率是总线时钟频率的两倍,由频率参数控制。该时钟控制SCL翻转得到所需总线频率。

(3)用于计算测试所需参数的信号以及计算处理。频率测试从500到1kHz,依据4条直线段,累加计算得到对 应参数。线 路特性测 试分100和400kHz两种,需要给出频率参数,同时针对每种特性计算出对应的参数。

(4)脉冲位置时刻,模块产生偏移地址信号和写数据信号,之后等待测试完成信号,测试完成后收集接收数据与出错信息,进行相应判断,得到测试结果,在每一大项测试完成后,控制总线写操作,将测试结果保存到USEREEPROM(用户可读写内 存空间)的其他空间。

2.2地址及开始模块

地址及开始模块接收到控制模块发出的写操作信号之后,返回一个回馈信号,并产生偏移地址和测试开始信号,状态机模块接收到开始信号之后,启动状态机转换过程。

2.3状态机模块

状态机模块主要完成状态机的转换,以及设备地址、偏移地址和数据状态的数据位数计数。根据I2C总线规范中的总线帧格式,设计状态机转换图如图2所示。其中,ACK为收到确认标志,NACK为未收到标志。

2.4总线产生模块

总线产生模块控制SCL和SDA的电平状态,并接收总线数据以及ACK信息。

(1)控制SCL。在默认线路特性的时候,主要通过根据控制模块产生的总线频率控制时钟,翻转SCL来实现。在线路特性测试中,需要借助延时来控制SCL高低电平时间。(2)控制SDA。在默认线路特性的时候,主要通过根据状态机当前状态、数据位数计数值,以及地址或数据信息,来决定SDA的电平。在线路特性测试中,需要借助延时或者过渡方法来控制SDA电平变换的时刻。(3)接收总线读取从机的数据,并监测各ACK/NACK是否出错。

3功能验证

3.1软件仿真

使用133 MHz时钟仿真,500kHz总线波形和200kHz总线波形分别如图3和图4所示,相应时钟周期分别约为2和5μs。得到的仿真波形存在很小的误差,符合设计预期。

100kHz线路特性测试中,重复起始条件的建立时间tSU,STA为3μs的情况如图5所示,其中,默认情况下为5μs;SCL时钟的低电平周期tLOW为3.5μs的情况如 图6所示,其中,默认情况 下为5μs。得到的仿真波形也符合设计预期。

3.2硬件实现

硬件上采用LatticeCPLD实现,与光收发模块通过I2C总线连接,光收发模块由其评估板供电,测试完成后可通过评估板读取保存在光收发模块中的测试结果数据。测试过程中利用示波器捕获并保存截图,选取500和100kHz测试的波形进行分析。

500kHz频率测试波形分别如图7和图8所示。写数据时,发送设备地址0xA2(写)、偏移地址0x80、数据0xAA;读数据时,发送设备 地址0xA2(写)、偏移地址0x80,再发送设备地址0xA2(读),之后收到数据0xAA。

500kHz频率对应周期为2μs,波形放大截图如图9所示(两条垂直测量标线之间的时间间隔为Δ2.00μs)。

100kHz线路特性测试中,tLOW为3.5μs的测试波形分别如图10和图11所示,其中写和读的数据均为0x55。示波器 测量出低 电平时间 约为3.60μs,近似设计时间3.5μs,波形放大截图如图12所示 (两条垂直 测量标线 之间的时 间间隔为Δ3.60μs)。

对一些SFP+模块进行测试,分析结果发现大部分测试能够通过,而一些参数较严格的测试(例如参数为协议规定最小值的20%以下)没有通过,符合预期。

4结束语

在CPLD上通过VerilogHDL设计了I2C极限测试控制器,软件仿真和硬件实现验证了设计的正确性,该控制器可以用来测试光收发模块I2C总线的各参数的极限,从而评估其鲁棒性。该I2C极限测试控制器是针对光收发模块而设计的,测试结果保存在其USEREEPROM中,后期改进时可以设计UART(通用异步收发传输器)接口,将结果通过串口发送到PC端。同时,通过更改设备地址、偏移地址,可以实现对不同种类I2C从器件的测试。

参考文献

[1]张丽华.光通信网络时代的到来——光收发模块发展趋势研究[J].中国教育网络,2005,(05):62.

[2]夏星星.光接入网中的光收发模块性能测试系统研究[D].北京:北京邮电大学,2011.

[3]NXP Semiconductors UM10204-2012,I2C-bus specification and user manual,Rev.5[S].

[4]高博,巍蔚,龚敏,等.基于Verilog HDL的I~2C总线分析器[J].微计算机信息,2009,(08):14-16.

[5]SFF Committee SFF-8431-2009,Specifications for Enhanced Small Form Factor Pluggable Module SFP+,Revision 4.1[S].