CN102279124A - 六自由度边界载荷模拟实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六自由度边界载荷模拟实验系统，包括控制系统、液压动力源和六自由度边界模拟器；所述六自由度边界模拟器包括6个作动器和末端运动平台，包括两个右侧作动器，三个竖直作动器，一个后侧作动器，6个作动器协调运动加载，支撑末端运动平台。能够模拟真实的载荷环境，实现材料或结构在空间六自由度方向的载荷加载，可以进行载荷的实时加载实验、拟动力实验，从而提供了更为真实的实验数据，对研究重大工程材料结构的安全问题提供科学手段，具有重要的科学价值和广泛的工程应用背景。
Description
技术领域
本发明涉及一种六自由度边界载荷模拟实验系统，属于材料或结构实验设备领域。
背景技术
在现代的机械装备、航空航天、土木建筑、复杂结构、管道与压力容器等工程装备与工程结构领域中的大部分失效是材料或结构的失效，所以材料与结构强度实验是一个不可缺少的重要环节。此外，在现代设计工作中采用了大量的新结构、新材料和新工艺。为了验证其能否满足安全可靠和寿命的要求，需要进行材料或结构的强度、疲劳和可靠性等力学性能实验，尤其在航空航天和重大工程装备中，这些实验就显得更加重要，所需的实验技术要求也愈来愈高。零部件所承受的载荷为拉、压、弯、扭、剪或其组合，但由于受实验条件和技术的限制，在力学性能测试实验过程中往往只能考虑其中的一个或少数几个自由度的边界载荷。为了获得更加准确的材料或结构的实验数据，需要考虑更多甚至全部的边界载荷。比如，上升过程中的火箭或飞行中的导弹会受到多个自由度的载荷。再如，日常生活中，有些桥墩设计时往往满足了使用条件，但还是损坏断裂了，而且破坏产生的裂纹形状与普通裂纹不同，这就是在设计时只考虑了少数几个主要自由度的载荷，没有考虑到其它相对次要自由度的载荷对桥墩的影响。因此就需要一种能满足上述要求的实验系统，以便更为真实地模拟材料与结构的受力情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种六自由度边界载荷模拟实验系统，采用如下技术方案：
一种六自由度边界载荷模拟实验系统，包括控制系统、液压动力源和六自由度边界模拟器；所述六自由度边界模拟器包括6个作动器和末端运动平台，包括两个右侧作动器，三个竖直作动器，一个后侧作动器，6个作动器协调运动加载，支撑末端运动平台。
所述的六自由度边界载荷模拟实验系统，所述作动器包括球铰支撑(11)、球铰支撑(13)和伺服液压缸(12)；所述球铰支撑(11)和球铰支撑(13)之间为伺服液压缸(12)，球铰支撑在任何方向都可以旋转。
六自由度边界载荷模拟实验系统是一种新型的六自由度加载实验装置，能更好、更准确地模拟出材料与结构在真正的工作环境中所承受的载荷，针对材料或结构的强度、疲劳和可靠性等力学性能方面的研究，能够模拟真实的载荷环境，实现材料或结构在空间六自由度方向的载荷加载，可以进行载荷的实时加载实验、拟动力实验，从而提供了更为真实的实验数据，对研究重大工程材料结构的安全问题提供科学手段，具有重要的科学价值和广泛的工程应用背景。
附图说明
图1为本发明六自由度边界模拟器主视图；30右侧作动器 10机架 50筋板 20竖直作动器 40后侧作动器 60末端运动平台；
图2为本发明六自由度边界模拟器左侧视图；
图3为本发明六自由度边界模拟器俯视图；
图4为本发明六自由度边界模拟器立体图；
图5为作动器结构示意图；11球铰支撑 12伺服液压缸 13球铰支撑；
图6为本发明六自由度边界模拟器实验示意图；70剪力墙 2检测件 3强力地板。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
六自由度边界模拟器作为六自由度边界载荷模拟实验系统的核心组成部分，其结构设计是否合理成为本实验系统能否成功的重要因素。
本发明提供一种六自由度边界载荷模拟实验系统。包括控制系统(控制系统为现有技术，在此不再赘述)、液压动力源(为现有技术，在此不再赘述)和六自由度边界模拟器，六自由度边界模拟器为此系统的核心部分。
所述六自由度即分别沿x、y、z三个轴移动和分别绕x、y、z三个轴转动的六个自由度。参考图1至图4，六自由度边界模拟器包括6个作动器，其中两个右侧作动器30，三个竖直作动器20，一个后侧作动器40，6个作动器协调运动加载，支撑末端运动平台60，末端运动平台60可实现拉、压、弯、扭、剪或其组合等不同形式的载荷加载，在六个自由度方向上都可以实现位移和力的控制，也可添加其它作动器直接作用到试件上以实现更为复杂的加载。
参考图5，所述作动器包括球铰支撑11、球铰支撑13和伺服液压缸12；所述球铰支撑11和球铰支撑13之间为伺服液压缸12，球铰支撑在任何方向都可以旋转。6个作动器通过球铰支撑11和球铰支撑13分别在不同方向上与机架10固定在一起，另一端固定在末端运动平台60上。液压动力源在控制系统控制下为伺服液压缸12提供液压动力。
机架10上设置筋板50，筋板50起加强机架承载能力的作用，提高边界模拟器的整体强度。
末端运动平60：当各个作动器协调运动加载时，在末端运动平台60上就会产生大小、方向变化的载荷。由于被检测件的一端与末端运动平台60连接在一起，边界模拟器产生的载荷通过运动平台即可施加到被检测件的边界上。
六自由度边界载荷模拟实验系统的实验使用方法：
参考图6，六自由度边界载荷模拟实验系统对被检测件进行实验时，把六自由度边界模拟器机10的一面与剪力墙70固定在一起，以确保在实验过程中边界模拟器的稳定性。检测件2的一端与末端运动平台60连接，另一端与强力地板3固定在一起。当6个作动器运动加载时，产生的载荷通过末端运动平台60施加到被检测件2上，在被检测件2的边界处同时产生沿三个轴的移动和绕三个轴的转动，被检测件2边界受到的载荷将会随着作动器载荷的变化而发生相应变化，实现了六自由度的协调加载，真实模拟了材料或结构在边界处的载荷。从而获得更真实、准确的力学性能实验数据，为研究人员提供有利的实验数据。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种六自由度边界载荷模拟实验系统，其特征在于，包括控制系统、液压动力源和六自由度边界模拟器；所述六自由度边界模拟器包括6个作动器和末端运动平台，包括两个右侧作动器，三个竖直作动器，一个后侧作动器，6个作动器协调运动加载，支撑末端运动平台。
2.根据权利要求1所述的六自由度边界载荷模拟实验系统，其特征在于，所述作动器包括球铰支撑(11)、球铰支撑(13)和伺服液压缸(12)；所述球铰支撑(11)和球铰支撑(13)之间为伺服液压缸(12)，球铰支撑在任何方向都可以旋转。
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