CN102288483A - 加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具及端头支持系数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机强度测试技术，涉及一种壁板压缩稳定试验时加载端支持系数的测试方法。本发明加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具包括支持系数为1的铰支夹具，支持系数为1～4之间的简支夹具，和支持系数为4的固支夹具；铰块平面一侧加工一个矩形槽，试验件端头直接镶入矩形槽内。本发明先给出试件设计；然后应变片布置，试件、夹具安装；再分级加载压缩载荷，跟踪测量载荷-应变；发现曲线拐点，卸载，记录拐点载荷；然后带入理论公式，得出支持系数；再通过增大H或增加加持力，调整支持系数，操作简单、加载精度高、成本低的特点。

Description

加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具及端头支持系数测试方法

技术领域

本发明属于飞机强度测试技术，涉及一种壁板压缩稳定试验时加载端支持系数的测试方法。

背景技术

飞机研制的实践反映出飞机的静力试验大都是由于结构稳定性破坏而导致全机的破坏。因此，从70年代开始，国内各研究单位经过几代人的努力，从结构稳定性的基本概念及基本理论出发，研究并给出了各种结构的临界屈曲分析方法。

但是薄壁结构受压稳定性问题比较复杂，因为薄壁结构“过屈曲”后还能承载。对于这样的承力状态，其破坏问题是材料非线性和几何非线性交织在一起的，用经典的弹性稳定性理论是解决不了的，只能采用半理论半经验的方法来分析解决，这就必须通过大量的验证试验来证明其正确性。

试验边界模拟一直是试验技术重点关心和急于解决的难题。而在加筋壁板的压缩稳定性试验时，其边界支持系数要模拟铰支到固支即支持系数1～4之间的任意形式，满足试验要求的支持夹具的设计面临更多的挑战。

以往验证试验时，壁板加载端为平直截面，与试验机上、下夹头平面是面接触，其支持系数往往只能满足固支4和一定简支状态的边界要求，不能模拟铰支1的端头支持要求。或者事先设计合适的加筋板假件，测出试验机加载端支持系数，以此估算试验件有效长度，然后指导试验委托方进行试验件设计，然而这样的设计程序既复杂漫长，又无通用价值，实用性较低。

发明内容

本发明的目的：本发明提供了一种操作简单、加载精度高、成本低的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具。

另外，本发明还提供加筋壁板压缩稳定性试验加载端支持系数的测试方法。

本发明的技术方案：一种加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其包括支持系数为1的铰支夹具，支持系数为1～4之间的简支夹具，和支持系数为的固支夹具；铰块平面一侧加工一个矩形槽，试验件端头直接镶入矩形槽内。

所述铰支夹具包括半圆型铰块，插有试验件的半圆型铰块设置在截面为半圆形的滑槽座内，所述滑槽座直接设置在试的验机压板上，其与半圆型铰块之间装有滚棒，且滑槽座端面设置有用于防止滚棒滑出的压板。

所述铰支夹具包括半圆型铰块，插有试验件的半圆型铰块直接放在试验机压板上，使得半圆型铰块与平台线接触。

所述简支夹具包括半圆型铰块，带有试验件的半圆型铰块放在定位支座的圆弧槽内，且所述半圆型铰块下面加垫滚棒，所述滚棒外面设置有用于限位夹持的支持角板。

所述简支夹具包括半圆型铰块，带有试验件的半圆型铰块放在定位支座的圆弧槽，在半圆型铰块上面的试验件夹持段两边放置滚棒或刀口，同时半圆型铰块两边用角形夹具来顶紧试验件。

所述固支夹具把试验件端头夹持段和试验夹具用两排以上螺栓连接在一起，而试验夹具与试验机加压板连在一起。

所述固支夹具用两排以上螺栓顶紧贴在试验件端头夹持段两侧的平垫板上，试验件端头与试验机加压板相接触，试验夹具与试验机加压板连接在一起。

一种加筋壁板压缩稳定试验加载端支持系数的测试方法，其包括如下步骤：

步骤1.试件调试件设计，

提供与试验件夹持段形式相匹配的调试件；

步骤2.应变片布置，

在调试件待测量位置布置应变片；

步骤3.安装，安装时试验机压心、夹具形心、试件压心保证同轴；

步骤4.分级加载压缩载荷，

首先经过小载荷进行调试，用于确保试验加载、测量设备工作正常和检验试验安装满足安装要求；然后逐级加载逐级测量，直到试验件屈曲失稳、载荷停止上升时卸载，载荷级差尽可能的小，最好不超过500kN；

步骤5.载荷-应变测量，

在逐级加载时应该同步逐级应变测量，采集设备应能够适时显示载荷-应变曲线，以便观察；

步骤6.屈曲失稳载荷确定，

观察载荷-应变曲线，确定载荷-应变曲线上对应欧拉失稳的载荷值；

步骤7.计算支持系数，

把步骤6确定的载荷值带入公式(1)(2)，反推计算出支持系数c；

步骤8.比较测量值和要求值的差别，并进行状态调整，

比较试验支持系数和任务要求值的差别，并就试验值进行评估，认为差别不合适时，进行支持、安装状态调整；

步骤9.改变状态后重复步骤5到步骤8，直到任务满足要求。

步骤8中，

对于固支和铰支情况，支持测试结果和要求差别较小，可以接受，不予进行改动；

对于简支情况，增大H或增加夹持力，可以增大支持系数；反之，效果相反；改变H或夹持力，即改变端部支持状态或灵活程度。

增大H可以通过改变滚棒的粗细或滚棒下加垫，使得滚棒和铰块接触点改变；

增加夹持力通过调节支持角板和滚棒或铰块之间的接触状态来改变夹持力，以得到改变支持段的灵活度的目的。

本发明的有益效果：本发明针对不同的边界条件，设计出能模拟加筋平板压缩稳定性试验时端部铰支和任意简支支持状态的试验夹具，提供了试验夹具支持系数的测定方法，从而大大的缩短了试验周期、提高了加载精度，并减少了试验成本，将国内大型壁板综合强度试验技术提高到了国际先进水平，具有非常重要的工程应用价值，为现阶段的支线客机和后续的大型客机的研制和地面验证试验提供了重要的技术支持。

附图说明

图1是本发明加筋壁板压缩稳定性试验固定夹具第一实施方式的结构示意图；

图2是本发明加筋壁板压缩稳定性试验固定夹具第二实施方式的结构示意图；

图3是本发明加筋壁板压缩稳定性试验铰支夹具第一实施方式的结构示意图；

图4是本发明加筋壁板压缩稳定性试验铰支夹具第二实施方式的结构示意图；

图5是本发明加筋壁板压缩稳定性试验简支夹具第一实施方式的结构示意图；

图6是本发明加筋壁板压缩稳定性试验简支夹具第二实施方式的结构示意图；

图7是本发明加筋壁板压缩稳定性试验简支夹具的贴片示意图；

其中，1-试验件端头、2-试验夹具、3-螺栓、4-试验机加压板、5-平垫板、6-半圆型铰块、7-矩形槽、8-滑槽座、9-滚棒、10-压板、11-支持角板、12-定位支座、13-应变单片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

壁板压缩稳定试验加载端支持系数的测试方法主要包括：调试件设计、试验安装、加载测量和载荷比对。

其中，调试件设计：壁板为平板试件，要求材料与试件同类，端头夹持段与试件相同。

试验安装：定位支座按轴心安装在试验机(加载框架)上，带槽半圆柱放置在定位支座上的弧形槽内，试验件插在半圆柱槽内，滚棒与半圆柱或调试件加载端线接触，中心到定位支座平面距离为H，安装支持角板。

加载测量：加载形心调整好后，逐级加载，逐级测量，观察载荷-应变曲线，当载荷-应变曲线发生拐弯时，卸载，记录拐点载荷。

载荷比对：把拐点载荷与用欧拉失稳公式计算出的临界载荷相比较，确定支持系数值。

调节滚棒高度、直径、夹紧力或改变定位支座弧形槽半径，可以得到不同支持系数值。

然而实际结构的边界支持分为铰支，简支和固支，对应支持系数1、1～4之间和4。本发明壁板压缩稳定试验加载端支持系数的测试方法为了实现对不同支持系数的测量，通过设计固支夹具、铰支夹具、简支夹具三种不同的支持夹具，进行加载，使得边界模拟呈系列化，实现边界支持系数在1～4之间任意值(包括支持系数为1和4的情况)的测试。

1.固支状态支持系数4

当边界支持系数为4时，如图1和图2所示，给出了两种固支夹具。其中，图1固定支架的支持方式是，把试验件端头1夹持段和试验夹具2用两排以上螺栓3连接在一起，试验件端头不与试验机加压板4直接接触，但试验夹具2要与试验机加压板4连在一起，从而使得试验机加压板4实现对试验件的固定支持。图2固定支架的支持方式是，用两排以上螺栓3顶紧贴在试验件端头1夹持段两侧的平垫板5上，试验件端头1与试验机加压板4相接触，试验夹具2与试验机加压板4连接在一起。两种固支夹具的共同特点：既不允许试验件端头在夹具内转动，也不允许试验件在厚度方向及长度方向移动。

2.铰支状态支持系数为1

铰支状态支持系数为1时，本发明提供了两种铰支夹具。请参阅图3，该铰支夹具包括半圆型铰块6，铰块平面一侧加工一个矩形槽7，试验件端头1直接镶入矩形槽7内。而该半圆型铰块6设置在截面为半圆形的滑槽座8内，滑槽座8与半圆型铰块6之间装有滚棒9，使得半圆型铰块6在滑槽座8内可以转动，且滑槽座8端面设置有用于防止滚棒9滑出的压板10。该铰支夹具的滑槽座8直接设置在试验机压板4上。

请参阅图4，其是本发明提供的另一种铰支夹具，该铰支夹具将插入半圆型铰块的试验件连同铰块直接放在试验机压板4上，使得半圆型铰块6与平台线接触，从而增加了夹具的扭转灵活性。

把试件按图3或图4放置，该状态下的支持效果即支持系数为1。

3.简支状态支持系数为1至4

简支支持状态是处于固支4和铰支1之间的状态，本发明也提供了两种简支夹具。请参阅图5，该简支夹具支持形式是把镶设有试验件端头1的半圆型铰块6放在定位支座12的圆弧槽内，且所述半圆型铰块6下面加垫滚棒9，且滚棒9外面设置有用于限位夹持的支持角板11，该简支夹具通过调节滚棒9与半圆型铰块6的接触点高度来调节支持系数大小。

请参阅图6，其是本发明另一种简支夹具的结构示意图。该简支夹具支持形式是把镶设有试验件端头1的半圆型铰块6放在定位支座12的圆弧槽，在半圆型铰块上面的试验件夹持段两边放置滚棒或刀口，同时半圆型铰块6两边用角形夹具来顶紧试验件，可通过改变滚棒9直径和调节其加紧力来改变支持系数大小，其支持效果即支持系数通过平板试件测到。

测试过程包括：先给出试件设计；然后应变片布置，试件、夹具安装；再分级加载压缩载荷，跟踪测量载荷-应变；发现曲线拐点，卸载，记录拐点载荷；然后带入理论公式，得出支持系数；再通过增大H或增加加持力，增大支持系数；反之，效果相反。

下面给出本发明支持夹具实际使用的某个实施例，其进行贴片的示意图如图7所示，具体步骤如下：

步骤1.试件调试件设计。设计出与试验件夹持段形式几何尺寸和材料完全相同、与试验段具有相同长度、宽度、截面惯性矩、材料性能相同或相近的平板调试件。

步骤2.应变片布置。在调试件长度方向的1/4、1/2和3/4处两面各粘贴3～5个应变单片13，用于测量各截面处的应力、应变，例如图7。

步骤3.安装。安装时试验机压心、夹具形心、试件压心保证同轴。

步骤4.加载。任务要求支持系数为c，试验长度为L，试件有效长度为L`。利用欧拉失稳公式可确定调试件屈曲临界载荷：

$L^{\′}=L/\sqrt{c}\·\·\·\left(1\right)$

$F_{\mathrm{cr}}=\frac{{\mathrm{\π}}^2\mathrm{EI}}{L^{\′2}}\·\·\·\left(2\right)$

式中：F_cr为临界载荷；E为材料弹性模量；I为调试件惯性矩。

首先经过小载荷(一般取30％屈曲临界载荷)进行调试，用于确保试验加载、测量设备工作正常和检验试验安装满足安装要求。然后逐级加载逐级测量，直到试验件屈曲失稳、载荷停止上升时卸载。载荷级差尽可能的小，最好不超过500kN，尤其是在调试件产生弯曲变形后。

步骤5.载荷-应变测量。在逐级加载时应该同步逐级应变测量。采集设备应能够适时显示载荷-应变曲线，以便观察。

步骤6.屈曲失稳载荷确定。观察载荷-应变曲线，确定载荷-应变曲线上对应欧拉失稳的载荷值。

步骤7.计算支持系数。把步骤6确定的载荷值带入公式(1)(2)，反推计算出支持系数c。

步骤8.比较测量值和要求值的差别。比较试验支持系数和任务要求值的差别，并就试验值进行评估。认为差别不合适时，进行支持、安装状态调整。对于固支和铰支情况，一般支持测试结果和要求差别较小，可以接受，不予进行改动。对于简支情况，增大H或增加夹持力，可以增大支持系数；反之，效果相反。改变H或夹持力，即改变端部支持状态或灵活程度。增大H可以通过改变滚棒的粗细或滚棒下加垫，使得滚棒和铰块(或调试件夹持段)接触点改变。增加夹持力通过调节支持角板和滚棒或铰块之间的接触状态来改变夹持力，以得到改变支持段的灵活度的目的。

步骤9.改变状态后重复步骤5到步骤8，直到任务满足要求。

本发明针对不同的边界条件，设计出能模拟加筋平板压缩稳定性试验时端部铰支和任意简支支持状态的试验夹具，提供了试验夹具支持系数的测定方法，从而大大的缩短了试验周期、提高了加载精度，并减少了试验成本，将国内大型壁板综合强度试验技术提高到了国际先进水平，具有非常重要的工程应用价值，为现阶段的支线客机和后续的大型客机的研制和地面验证试验提供了重要的技术支持。

Claims (10)

1.一种加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：包括支持系数为1的铰支夹具，支持系数为1～4之间的简支夹具，和支持系数为4的固支夹具；铰块平面一侧加工一个矩形槽[7]，试验件端头[1]直接镶入矩形槽[7]内。

2.根据权利要求1所述的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：所述铰支夹具包括半圆型铰块[6]，插有试验件的半圆型铰块[6]设置在截面为半圆形的滑槽座[8]内，所述滑槽座[8]直接设置在试的验机压板[4]上，其与半圆型铰块[6]之间装有滚棒[9]，且滑槽座[8]端面设置有用于防止滚棒[9]滑出的压板[10]。

3.根据权利要求1所述的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：所述铰支夹具包括半圆型铰块[6]，插有试验件的半圆型铰块直接放在试验机压板[4]上，使得半圆型铰块[6]与平台线接触。

4.根据权利要求1至3任一项所述的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：所述简支夹具包括半圆型铰块[6]，带有试验件的半圆型铰块[6]放在定位支座[12]的圆弧槽内，且所述半圆型铰块[6]下面加垫滚棒[9]，所述滚棒[9]外面设置有用于限位夹持的支持角板[11]。

5.根据权利要求1至3任一项所述的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：所述简支夹具包括半圆型铰块[6]，带有试验件的半圆型铰块[6]放在定位支座[12]的圆弧槽，在半圆型铰块[6]上面的试验件夹持段两边放置滚棒或刀口，同时半圆型铰块[6]两边用角形夹具来顶紧试验件。

6.根据权利要求5所述的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：所述固支夹具把试验件端头夹持段和试验夹具用两排以上螺栓[3]连接在一起，而试验夹具[2]与试验机加压板[4]连在一起。

7.根据权利要求1所述的加筋壁板压缩稳定性试验支持夹具，其特征在于：所述固支夹具用两排以上螺栓[3]顶紧贴在试验件端头[1]夹持段两侧的平垫板[5]上，试验件端头[1]与试验机加压板[4]相接触，试验夹具[2]与试验机加压板[4]连接在一起。

8.一种加筋壁板压缩稳定试验加载端支持系数的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.试件调试件设计，

提供与试验件夹持段形式相匹配的调试件；

步骤2.应变片布置，

在调试件待测量位置布置应变片；

步骤3.安装，安装时试验机压心、夹具形心、试件压心保证同轴；

步骤4.分级加载压缩载荷，

首先经过小载荷进行调试，用于确保试验加载、测量设备工作正常和检验试验安装满足安装要求；然后逐级加载逐级测量，直到试验件屈曲失稳、载荷停止上升时卸载，载荷级差不超过500kN；

步骤5.载荷-应变测量，

在逐级加载时应该同步逐级应变测量，采集设备应能够适时显示载荷-应变曲线，以便观察；

步骤6.屈曲失稳载荷确定；

观察载荷-应变曲线，确定载荷-应变曲线上对应欧拉失稳的载荷值；

步骤7.计算支持系数，

把步骤6确定的载荷值带入公式(1)(2)，反推计算出支持系数c；

步骤8.比较测量值和要求值的差别，并进行状态调整，

比较试验支持系数和任务要求值的差别，并就试验值进行评估，认为差别不合适时，进行支持、安装状态调整；

步骤9.改变状态后重复步骤5到步骤8，直到任务满足要求。

9.根据权利要求8所述的加筋壁板压缩稳定试验加载端支持系数的测试方法，其特征在于，步骤8中，

对于固支和铰支情况，支持测试结果和要求差别较小，可以接受，不予进行改动；

对于简支情况，增大H或增加夹持力，可以增大支持系数；反之，效果相反；改变H或夹持力，即改变端部支持状态或灵活程度。

10.根据权利要求9所述的加筋壁板压缩稳定试验加载端支持系数的测试方法，其特征在于：增大H可以通过改变滚棒的粗细或滚棒下加垫，使得滚棒和铰块接触点改变；

增加夹持力通过调节支持角板和滚棒或铰块之间的接触状态来改变夹持力，以得到改变支持段的灵活度的目的。

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