CN101979982B - 超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，包括：一框架结构，具有一相对的两根横梁；在与横梁垂直方向上，所述框架结构的每一根横梁上设有两个试验工件；每一个试验工件的垂直向下的端头设有重量加载装置；与四个试验工件相对应的四组曲柄滑块机构；每组曲柄滑块机构连接一顶杆，用于与相应的试验工件连接并推动试验工件进行振动，以及用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机。本发明不仅能发生频率和幅度可控的位移振动信号，还能发生频率和应变可控的动静态应变应力信号，并且提供的振动信号频率可低于1Hz。

Description

超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置

技术领域：

本发明涉及超低频物理信号发生装置，特别涉及超低频特点的静动态测试分析和结构振动的教学试验装置。

背景技术：

目前，振动信号发生器和应变信号发生器的功能相对独立。

常见的振动信号发生器通过机械式或电磁式的驱动机构使振动部件产生往复运动。由于驱动机构的运动行程和运动频率可知，因此此类振动信号发生器可以提供振幅和频率已知的振动信号。然而其振动部件的运动是整体性的，不产生变形，因此此类振动信号发生器不能提供应变信号。此外，由于工程实际中对超低频振动，一般振动频率往往低于1Hz，的关注不够，通常振动信号发生器只提供低频，一般在1Hz-10Hz范围内，或较高频率的振动信号。

常见的应变信号发生器采用试验工件梁或简支梁的形式，由于梁承受载荷后产生的变形可根据材料力学相关公式进行计算，因此此类应变信号发生器可以提供理论上可计算的静态应变信号。不过，受加载情况，如有无冲击力、冲击力大小等因素的影响，梁受载后的振动和动态应变情况无法确定，因此此类应变信号发生器不能提供确定的振动位移信号和动态应变信号。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，不仅能发生频率和幅度可控的位移振动信号，还能发生频率和应变可控的动静态应变应力信号，并且提供的振动信号频率可低于1Hz。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于，包括：

一框架结构，具有一相对的两根横梁；

在与横梁垂直方向上，所述框架结构的每一根横梁上设有两个试验工件；每一个试验工件的垂直向下的端头设有重量加载装置；

与四个试验工件相对应的四组曲柄滑块机构；每组曲柄滑块机构连接一顶杆，用于与相应的试验工件连接并推动试验工件进行振动，以及

用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机。

进一步，所述框架结构的两根横梁上设有用于悬挂所述试验工件的挂钩。

进一步，所述试验工件通过螺丝紧固在所述框架结构的两根横梁上。

进一步，所述重量加载装置是砝码组件，包括砝码挂钩、砝码支杆以及砝码托盘，加载的砝码范围是0-3000N。

进一步，所述试验工件通过紧固装置与地面保持垂直。

进一步，所述紧固装置包括轴套和螺母，所述顶杆的设有螺纹的一端经过试验工件上的开孔穿越试验工件，套在顶杆上的两个轴套和分别在每个轴套外部的两个螺母从试验工件的两边夹紧固定该试验工件。

进一步，所述曲柄滑块机构包括一具有一导轨的导轨座，在所述导轨上滑动的滑块，所述滑块连接至一连杆，所述连杆通过可调节的连接点与曲柄连接。

进一步，所述框架结构设有一底板，用于放置四组曲柄滑块机构以及用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机，每两组曲柄滑块机构由一台可调速电机驱动。

本发明的有益效果是提供一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，不仅能发生频率和幅度可控的位移振动信号，还能发生频率和应变可控的动静态应变应力信号，并且该装置能提供的振动信号频率可低于1Hz，通过信号的对比，该装置能为振动和应变综合试验以及测试系统或仪器的调试和标定提供超低频位移振动和应变物理信号。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1是本发明试验装置的主视图；

图2是本发明试验装置的左视图；

图3是本发明试验装置的俯视图；

图4是图3的本发明试验装置A-A方向视图；

图5是本发明紧固装置的结构示意图。

图中，1是横梁，2是上加固梁，3是上支架，4是支腿，5是下横梁，6是底板，7是试验工件，8是挂钩，9是砝码挂钩，10是砝码支杆，11是砝码托盘，12是可调速电机，13是电机支架，14是曲柄，15是连杆，16是滑块，17是顶杆，18是紧固装置，19是导轨座，20是下加固梁，21是轴套，22是螺母。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明的实施方式。

如图1至图4所示，本发明的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，包括：一框架结构，举例来说，如图中所示，具有一相对的两根横梁1；两根上支架3，以及两根上加固梁，支腿4，还具有下横梁5，以及下加固梁20。

在与框架结构的横梁1垂直方向上，所述框架结构的每一根横梁1上设有两个试验工件7，可选择地，所述框架结构的两根横梁1上设有用于悬挂所述试验工件的挂钩8，或者所述试验工件7通过螺丝紧固在所述框架结构的两根横梁1上。每一个试验工件7的垂直向下的端头设有重量加载装置，可选择地，所述重量加载装置是砝码组件，包括砝码挂钩9、砝码支杆10以及砝码托盘11。将砝码放上砝码托盘11可对试验工件7进行加载，例如载荷每500N一级，范围从0-3000N。

本发明的装置具有与四个试验工件7相对应的四组曲柄滑块机构；每组曲柄滑块机构连接一顶杆17，用于与相应的试验工件7连接并推动试验工件7进行振动；还包括用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机12以及电机支架13。

可选择地，所述试验工件7通过紧固装置18与地面保持垂直。例如，所述紧固装置18可以是一包括轴套21和螺母22的装置，通过如下方式安装：所述顶杆17的设有螺纹的一端经过试验工件7上的开孔穿越试验工件7，套在顶杆17上的两个轴套21和分别在每个轴套外部的两个螺母22从试验工件7的两边夹紧固定该试验工件7。每一边的两个螺母22靠在一起，其中靠外面的螺母用于止推，达到固定紧固试验工件7位置的目的。可选择地，通过该紧固装置7保持试验工件与地面垂直。为减少运动时轴套与试验工件7之间的摩擦，轴套前端是抛圆的。

所述曲柄滑块机构包括一具有一导轨的导轨座19，在所述导轨座19上滑动的滑块16，所述滑块16连接至一连杆15，所述连杆15通过可调节的连接点与曲柄14连接。滑块16的行程可通过改变曲柄14与连杆15的可调节的连接点进行调整，例如曲柄14与连接的连接点可选择地调整为2cm，4cm，6cm，8cm等。而所述的顶杆17与曲柄滑块机构的滑块16相连接，滑块16行程的改变导致顶杆17推动试验工件7进行振动幅度的变化。

进一步，所述框架结构设有一底板6，用于放置四组曲柄滑块机构以及用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机12。可选择地，每两组曲柄滑块机构可由一台可调速电机12驱动。框架结构的底板6上设有螺孔以20cm×20cm的间隔均匀分布，不同大小的可调速电机12可以通过合适的螺孔固定在底板6上，由此可根据试验所需要选择的电机的型号，从而满足不同的调速范围要求。

例如，将试验工件7用螺丝固定于框架结构上，利用紧固装置18从两边夹紧试验工件7，并调整紧固装置18的位置保证试验工件7垂直于地面，此时便可以启动可调速电机12带动曲柄滑块机构，是试验工件7在顶杆17的推动作用下进行强迫振动，从而实现试验工件7的位移振动和由静态拉应力和动态弯曲应力组合而成的动态复合应力的多类物理信号的发生。在此试验中，试验工件7的振动频率由可调速电机12的转速来确定，可从静态(0Hz)调整到可调速电机12的额定转速，达到了发生超低频(小于1Hz)位移振动和复合应变物理信号的目的。除此之外，可将试验工件7自由悬挂于框架结构上，解除紧固装置18对其的约束，使其垂直于地面，该装置又能进行相关的静态应变试验。

实施例一、振动位移或动态复合应变测试

首先做试验准备，将振动传感器或电阻应变片固定在试验工件7的中轴线上，并连接好测试设备，此处的测试设备任选自振动测试设备或应变测试设备中的一种。然后将试验工件7的一端挂在挂钩8上，用螺丝将试验工件7固定于框架结构上，并在试验工件7向下垂直的一端上配置砝码配件，所述砝码配件包括砝码挂钩9、砝码支杆10和砝码托盘11，使用紧固装置18从两边夹紧试验工件，并调整紧固装置18的位置保证试验工件7垂直于地面，如图2所示。最后，启动可调速电机12带动曲柄滑块机构，使试验工件7在顶杆17的推动下进行强迫振动。位移振动的频率通过调整可调速电机12的转速来实现，若可调速电机12的转速在60r/min以下，该综合试验装置可提供1Hz以下的超低频位移振动和动态复合应变信号。位移振动的幅值则通过调节曲柄14和连杆15的连接点来控制，例如，本综合试验装置共提供了4档幅值，分别为2cm、4cm、6cm和8cm。而应变大小则由加载的砝码来确定。这样本发明的综合试验装置便能提供不同频率、不同振幅的位移振动和不同大小的动态复合应变信号，通过测试设备便能对位移振动或动态复合应变信号进行测量。

实施例二、静态应变测试

首先在试验工件7上贴上电阻应变片，连接应变测试系统，此应变测试系统是本领域内技术人员公知的，然后将试验工件7自由悬挂于框架结构上，解除紧固装置18对其的约束，使其自由垂直于地面，并在试验工件7垂直向下的一端配置砝码配件，接下来便可利用砝码对试验工件7进行加载，待数据稳定后，便可通过应变测试系统读取试验工件7在不同载荷下的静态应变值，实现静态应变的测量。

实施例三、对未标定的应变测试系统进行静态标定

首先在试验工件7上贴上已标定的电阻应变片，并连接待标定的应变测试系统，然后将试验工件7自由悬挂于框架结构上，解除紧固装置18对其的约束，使其垂直于地面，并在试验工件7垂直向下的一端配置砝码配件，利用砝码对试验工件7进行加载，待数据稳定后，读取应变值，获得待标定系统对不同载荷下试验工件静态应变的实测值。由于试验工件7的外形尺寸和材料已知，其不同载荷下静态应变的理论值则可根据材料力学的相关公式计算而得，这是本领域相关技术人员所公知的。将实测值和理论值进行对比，可得出待标定系统的灵敏度，而通过实测的应变曲线图则可对待标定系统的线性度进行判定，最终实现对待标定应变测试系统的静态标定。

实施例四：对未标定的振动或应变测试系统进行动态标定

将标定过的振动传感器或电阻应变片按要求固定在试验工件7上，并连接待标定的振动或应变测试系统，然后将试验工件7的一端挂在挂钩上，用螺丝将试验工件7固定于框架结构上，然后在试验工件7垂直向下的一端上配置砝码配件，并根据需要加载砝码，再利用紧固装置18从两边夹紧试验工件，调整紧固装置18的位置保证试验工件7垂直于地面。最后，启动可调速电机12带动曲柄滑块机构，使试验工件7在顶杆17的推动下进行强迫振动，通过待标定的测试系统获取相应测点处在某一选定频率下的位移振动和/或拉弯复合交变应力的实测信号，该选定频率是0Hz到电机额定转速对应的频率，与选取的电机有关。

由于试验工件7的尺寸及其与顶杆17连接处的振幅已知，根据材料力学的拉伸和弯曲复合计算公式可得出相应测点处的振幅，这是本领域技术人员所公知的，而由于可调速电机12的转速已知，相应测点的振动频率亦可得以确定，因此可得出理论计算信号，将该理论计算信号与测试系统的实采信号进行比对便可实现对测试系统的动态标定，即完成频率和幅度的标定。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不仅仅受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于，包括：

一框架结构，具有相对的两根横梁，在与横梁垂直方向上，所述框架结构的每一根横梁上设有两个试验工件，每一个试验工件的垂直向下的端头设有重量加载装置；

与四个试验工件相对应的四组曲柄滑块机构，每组曲柄滑块机构连接一顶杆，用于与相应的试验工件连接并推动试验工件进行振动；

以及用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机。

2.根据权利要求1所述的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于：所述框架结构的两根横梁上设有用于悬挂所述试验工件的挂钩。

3.根据权利要求1所述的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于：所述试验工件通过螺丝紧固在所述框架结构的两根横梁上。

4.根据权利要求1所述的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于：所述试验工件通过紧固装置与地面保持垂直。

5.根据权利要求4所述的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于：所述紧固装置包括轴套和螺母，所述顶杆的设有螺纹的一端经过试验工件上的开孔穿越试验工件，套在顶杆上的两个轴套和分别在每个轴套外部的两个螺母从试验工件的两边夹紧固定该试验工件。

6.根据权利要求1所述的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于：所述曲柄滑块机构包括一具有一导轨的导轨座和在所述导轨上滑动的滑块，所述滑块连接至一连杆，所述连杆通过可调节的连接点与曲柄连接。

7.根据权利要求1所述的一种超低频位移振动与拉弯复合应变综合试验装置，其特征在于：所述框架结构设有一底板，用于放置四组曲柄滑块机构以及用于驱动所述曲柄滑块机构的可调速电机，每两组曲柄滑块机构由一台可调速电机驱动。

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