CN102589865A - 一种双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置 - Google Patents

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郭铁能
张东梅
张爱平
刘志峰
蔡力钢
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Abstract

本发明涉及一种结合面法向力学特性实验装置，特别涉及一种双螺栓结合面法向力学特性研究和法向迟滞特性研究的实验装置。本发明包括：T形杆1，定位支架2、测试用螺栓3、电涡流位移传感器4和涡流感应支架5。两个T形杆1分别与定位支架2、涡流感应支架5通过定位螺钉连接，电涡流位移传感器4固定在定位支架2上，电涡流位移传感器4用于测量结合面的形变，两个T形杆由两组钢结构用高强度大六角头螺栓组件穿过T形杆的通孔连接，螺栓的顶部打孔，孔内侧安装应变片，通过应变片测量得到的预紧力大小。此实验装置具有结构简单，装卸方便，易于进行重复实验，能够准确采集到栓接结合面力学特性相关数据等特点。

Description

一种双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置
技术领域
本发明属于机械设计数字化制造领域，涉及一种结合面法向力学特性实验装置，特别涉及双螺栓结合面法向力学特性研究和法向迟滞特性研究的实验装置。
背景技术
零部件之间的接触表面称为“结合面”。现在的机械结构中都有大量结合面存在，结合面的接触刚度和接触阻尼是机械结构整体刚度和阻尼的重要组成部分，影响整个机械的性能，而阻尼的存在是迟滞现象产生的原因。结合面中最典型也最常见的结合面形式就是栓接结合面。因此研究栓接结合面的力学特性很有必要。
影响栓接结合面的力学特性的因素有很多，很难用解析的方法精确推导出各个因素的影响程度，因此要通过实验的方法进行研究。目前各相关机构研究所用的实验装置有些结构复杂，增大了重复试验的难度，耗时耗力；有些不能得到准确的数据，包括螺栓加载的预紧力和实验最后取得的实验数据，实验精度有待提高。
综上可知，设计结构简单，拆装方便，利于进行重复试验，且能够采集到可靠数据的实验装置，对更准确掌握结合面力学特性具有很大的必要性。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，拆装方便，能够进行重复试验，可以准确采集到所需实验数据的栓接结合面力学特性实验装置。
为了实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置，由T形杆1、定位支架2、测试用螺栓3、电涡流位移传感器4和涡流感应支架5构成，T形杆1的T形头部的两端分别垂直结合面设有一个通孔，测试用螺栓3穿过这两个通孔将两个T形杆1固定连接；两个电涡流位移传感器4分别通过定位支架2固定连接于一个T形杆1的两个侧表面，电涡流位移传感器4的探头轴线与两个T形杆1构成的结合面垂直；两个涡流感应支架5分别位于另一个T形杆1对应的两个侧表面，涡流感应支架5配合电涡流位移传感器4产生电涡流信号。
定位支架2和涡流感应支架5与T形杆1的连接位置沿T形杆1轴向可调。
测试用螺栓3为螺栓的顶部打孔，孔内侧安装应变片，应变片引出输出线后封口的钢结构用高强度大六角头螺栓。
有益效果
此装置结构简单，拆装方便，能够进行重复试验。定位支架2和涡流感应支架5与T形杆1的连接位置沿T形杆1轴向可调，方便了使用过程中加装传感器的操作，可以在更大范围内调整传感器的位置；由于测试用螺栓内预埋了应变片，可以通过读取应变仪的测量值精确地控制加载的预紧力；与两个T形杆1构成的结合面垂直方向设置了两个电涡流位移传感器，避免了单侧传感器数据的偏差，保证了结合面处采集位移数据的准确性。
附图说明
附图1是本实验装置的俯视图；
附图2是本实验装置的主视图；
附图3是本实验装置的应用模块框图；
附图4为本实验装置在材料试验机上的装卡示意图。
1、T形杆，2、定位支架，3、测试用螺栓，4、电涡流位移传感器，5、涡流感应支架，6、材料试验机装卡部分，Fa、拉力。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1、2所示分别为双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置的俯视图和主视图，该装置是由两个T形杆1、四个定位螺钉、两个定位支架2、两个测试用螺栓3及其配套的垫片和螺母、两个电涡流位移传感器4、以及两个涡流感应支架5构成。
两个T形杆1的T形头部的两端分别垂直结合面设有一个通孔，测试用螺栓3穿过这两个通孔将两个T形杆1固定连接。两个定位支架2分别通过定位螺钉固定在一个T形杆1的两个侧表面，为了安装方便，通常选择T形杆1上没有T行头突出面的那两个侧表面。定位支架2上设有一个具有一定调节量的长孔，定位螺钉穿过该长孔实现定位支架2和T形杆1的固定连接，通过该长孔能够方便调整定位支架2沿T形杆1的轴向位置。两个电涡流位移传感器4分别通过定位支架2固定连接于一个T形杆1的两个侧表面。电涡流位移传感器4的探头轴线与两个T形杆1构成的结合面垂直。两个涡流感应支架5分别固定连接在另一个T形杆1与安装定位支架2对应的两个侧表面，涡流感应支架5上设有一个具有一定调节量的长孔，定位螺钉穿过该长孔实现涡流感应支架5和T形杆1的固定连接，由于具有一定调节量的长孔，因此能够方便调整涡流感应支架5沿电涡流位移传感器4的轴向位置。两个电涡流位移传感器4用于测量结合面的形变，由于电涡流位移传感器在使用过程中需要产生涡流感应信号，因此需要在探头前端放置金属平面。涡流感应支架5的作用就在于配合电涡流位移传感器4产生电涡流信号，涡流感应支架5一端面垂直电涡流位移传感器4探头轴线，且与探头的距离要在电涡流位移传感器4的量程范围内，且不接触，比如0.05-0.5mm。测试用螺栓3为钢结构用高强度大六角头螺栓，螺栓的顶部打孔，孔的截面积小于螺栓杆截面积的5％，孔深根据应变片长度确定，孔内侧安装应变片，应变片引出输出线后封口。
图3为双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置的应用模块框图。本实验装置装卡在材料试验机上，由材料试验机对组装好的实验装置中T形杆1的两扁方端施加力，实验过程中施加在T形杆1上的力的大小和方式以及时间等参数通过人机交互界面设置。本实验装置中从测试用螺栓3预埋的应变片上引出的数据线通过电桥与应变仪连接，应变仪与数据采集系统连接。通过应变片测量得到的预紧力大小通过数据采集系统发送至计算机，采集的数据通过人机交互界面显示出来，便于控制加载在测试用螺栓3上的预紧力大小。材料试验机施加在T形杆1上的力的数据和安装在实验装置上的电涡流位移传感器4所采集的结合面的位移数据均由数据采集系统采集，并存储在计算机上。实验所得到的数据为研究双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性提供可靠的实验依据。
附图4为双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置组装好后在材料试验机上的装卡示意图。图中Fa表示材料试验机对实验装置施加的垂直于结合面的拉力。

Claims (3)

1.一种双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置，由T形杆1、定位支架2、测试用螺栓3、电涡流位移传感器4和涡流感应支架5构成，其特征在于：T形杆1的T形头部的两端分别垂直结合面设有一个通孔，测试用螺栓3穿过这两个通孔将两个T形杆1固定连接；两个电涡流位移传感器4分别通过定位支架2固定连接于一个T形杆1的两个侧表面，电涡流位移传感器4的探头轴线与两个T形杆1构成的结合面垂直；两个涡流感应支架5分别位于另一个T形杆1对应的两个侧表面，涡流感应支架5配合电涡流位移传感器4产生电涡流信号。
2.根据权利要求1所述的一种双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置，其特征在于：定位支架2和涡流感应支架5，与T形杆1的连接位置沿T形杆1轴向可调。
3.根据权利要求1所述的一种双螺栓结合面的法向刚度和迟滞特性测试实验装置，其特征在于：所述的测试用螺栓3为螺栓的顶部打孔、孔内侧安装应变片、应变片引出输出线后封口的钢结构用高强度大六角头螺栓。
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