CN102042912A - 三自由度平面加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三自由度平面加载装置，包括反力架、第一线性作动器、第二线性作动器、第三线性作动器、作用板和力传感器。所述第一线性作动器和第二线性作动器的上端与反力架的顶部铰接，第一线性作动器和第二线性作动器的下端分别与所述作用板的两端铰接；第三线性作动器的一端与反力架铰接，第三线性作动器的另一端与作用板铰接，第三线性作动器与水平方向的夹角＜90°，所述第一线性作动器、第二线性作动器、第三线性作动器与作用板、反力架的各铰接点位于同一平面内。本发明能在平面内使结构物产生三个自由度的运动，即水平方向和竖直方向的平动及面内旋转，通过三个自由度运动的反馈控制，相应地使得结构物被施加一个复合荷载。

Description

三自由度平面加载装置

技术领域

本发明涉及一种加载装置，特别是涉及一种三自由度平面加载装置。

背景技术

海洋工程中，由于潮汐、波浪及风等复杂环境因素，结构物承受着水平向荷载、竖直向荷载及面内弯矩的耦合作用，这三向荷载耦合作用下结构物反应的试验研究是研究这类问题的主要途径。

现有的三自由度装置主要是通过曲连杆的运动来模拟刚体的空间多自由度运动，这种三自由度装置是用于对物体施加运动，并不是加载装置。

现有的大部分加载装置是能施加单向荷载，仅有少量加载装置是能施加两个自由度荷载，或耦合施加弯矩和竖向荷载，或耦合施加水平荷载和竖向荷载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三自由度平面加载装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：该三自由度平面加载装置，包括反力架、第一线性作动器、第二线性作动器、第三线性作动器、作用板和力传感器，所述第一线性作动器和第二线性作动器的上端与反力架的顶部铰接，第一线性作动器和第二线性作动器的下端分别与所述作用板的两端铰接；第三线性作动器的另一端与反力架铰接，第三线性作动器的一端与作用板铰接，第三线性作动器与水平方向的夹角＜90°，所述第一线性作动器、第二线性作动器、第三线性作动器与作用板、反力架的各铰接点位于同一平面内。

进一步地，本发明所述第一线性作动器、第二线性作动器、第三线性作动器上均安装有线性可变位移传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本装置通过三个作动器的组合运动使得结构物产生任意三个自由度的位移运动；通过线性可变位移传感器(LVDT)测量的位移，可以控制结构物三自由度上的位移反应。

(2)本装置可以通过三向力传感器量测施加在结构物上荷载的大小，并反馈控制三个作动器，达到对结构物施加预期三向荷载(面内水平荷载、竖向荷载及弯矩)的效果。

(3)本装置可以对结构施加单调荷载和循环荷载，整个装置结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是当结构物发生水平位移时，本发明装置的工作状态图。

图3是当结构物发生竖向位移时，本发明装置的工作状态图。

图4是当结构物作发生转动位移时，本发明装置的工作状态图。

图5是当结构物发生三自由度组合位移时，本发明装置的工作状态图。

图中：1、反力架，2、竖向作动器a，3、竖向作动器b，4、水平作动器，5、作用板，6、力传感器，7、结构物，8、铰。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明的具体方案。

参见图1，本发明三自由度平面加载装置包括反力架1、第一线性作动器2、第二线性作动器3、第三线性作动器4、作用板5和力传感器6。其中，作用板5可以是钢板，力传感器6可以是用于量测三个自由度方向上荷载的三向力传感器。第一线性作动器2和第二线性作动器3的上端分别通过铰8与反力架1的顶部铰接，第一线性作动器2和第二线性作动器3的下端分别与作用板5的两端铰接；第三线性作动器4的一端与作用板5铰接，第三线性作动器4的另一端与反力架1铰接；第三线性作动器4与水平方向的夹角＜90°，以使结构物7产生任意三自由度的位移；第一线性作动器2、第二线性作动器3、第三线性作动器4与作用板5、反力架1的各铰接点位于同一平面内。在第一线性作动器2、第二线性作动器3、第三线性作动器4上都装有线性可变位移传感器(LVDT)，用以测量结构物的位移。以上三个线性作动器的组合运动，能够使得结构物发生不同位移。

本发明的工作原理如下：

参见图1，使用时，将力传感器6置于作用板5和结构物7之间，并分别与作用板5、结构物7固定连接。

以下以第三线性作动器4与水平方向的夹角为0°为例来说明本发明的工作原理。参见图2，加载过程中，第三线性作动器4收缩，第一线性作动器2和第二线性作动器3分别绕其与反力架1的铰接点转动，从而使得结构物7发生水平方向位移，图2中的虚线表示在三个线性作动器分别发生以上相应运动后，加载装置各部分所在的位置。参见图3、4，三个线性作动器产生相应的运动分别使得结构物7发生竖向位移和转动位移，而图中虚线是运动后的位置。参见图5，三个线性作动器的组合运动，能使得结构物7产生任意三自由度的位移。然后，在作用板5与结构物7之间的三向力传感器6可以量测出施加在结构物上的荷载大小，包括水平荷载V、竖向荷载H及弯矩M，并反馈控制三个作动器，达到对结构物施加预期三向荷载的效果。

进一步地，可通过安装于三个线性作动器上的LVDT量测出三个线性作动器的位移大小，从而控制结构物7在三自由度上的位移反应。

本发明三自由度平面加载装置也可以用于进行单向荷载或二自由度荷载耦合的加载。力传感器6除了使用三向力传感器外，还可根据不同自由度荷载的施加，相应地选择其他不同类型的力传感器。

Claims (2)

1.一种三自由度平面加载装置，其特征在于：包括反力架(1)、第一线性作动器(2)、第二线性作动器(3)、第三线性作动器(4)、作用板(5)和力传感器(6)。所述第一线性作动器(2)和第二线性作动器(3)的上端与反力架(1)的顶部铰接，第一线性作动器(2)和第二线性作动器(3)的下端分别与所述作用板(5)的两端铰接；第三线性作动器(4)的一端与反力架(1)铰接，第三线性作动器(4)的另一端与作用板(5)铰接，第三线性作动器(4)与水平方向的夹角＜90°，所述第一线性作动器(2)、第二线性作动器(3)、第三线性作动器(4)与作用板(5)、反力架(1)的各铰接点位于同一平面内。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度平面加载装置，其特征在于：所述第一线性作动器(2)、第二线性作动器(3)、第三线性作动器(4)上均安装有线性可变位移传感器。

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