CN102841024A - 双稳态复合材料实验测试装置 - Google Patents

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吴和龙
吴化平
李吉泉
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Abstract

双稳态复合材料实验测试装置，包括拉伸试验机，所述的拉伸试验机上安装随动机械推手、可调节压头和可调节夹具，所述的随动机械推手包括支架、第一步进电机、第一传动轴、第二步进电机、第二传动轴、第三步进电机、推手；所述的可调节压头包括压头滑块、滑槽块、压头柄，所述的压头滑块通过螺栓固定在所述的滑槽块的滑槽导轨上；所述的压头柄螺接在所述的滑槽块上；所述的可调节夹具包括底座、支撑杆。本发明的有益效果是：适用于双稳态复合材料的稳态间转变测试、实验；2）适应不同尺寸、铺设角度、变形方向的双稳态复合材料结构实验测试分析；3）实验测试装置简单、稳定性高，易于装卸、维修和调试。

Description

双稳态复合材料实验测试装置
技术领域
本发明涉及一种双稳态复合材料实验测试装置，涉及到反对称、非对称铺设复合材料圆柱壳结构双稳态性能的实验分析方法和测试装置。
背景技术
双稳态复合材料结构是一种新型的智能材料结构，具有轻质、高强度和空间利用率高等综合性能，更由于其同时具有延展和卷拢两种稳定状态，保持稳态时不需要外力维持的双稳态特性，在航天飞行器（如太阳能电池板阵列、天线及各种杆状结构）、可变形机翼和风机叶片等领域具有广泛的应用前景，因此近年来成为国内外学者研究的热点问题之一。但目前对于双稳态层合壳的实验研究均较匮乏，实验测试装置较简单，尤其是针对于反对称铺设圆柱壳的双稳态性能的研究，仅有的针对反对称层合壳的实验也是着眼于研究壳体的力学弯曲性能。基于此，设计、发明一种用于实现层合壳双稳态转换并对其稳态转变过程进行观察、研究的实验测试装置。
发明内容
本发明针对目前对于双稳态层合壳的实验研究均较匮乏、实验测试装置较简单的问题，提出了一种用于实现层合壳双稳态转换并对其稳态转变过程进行观察、研究的双稳态复合材料实验测试装置。
本发明所述的双稳态复合材料实验测试装置，包括拉伸试验机，其特征在于：所述的拉伸试验机上安装随动机械推手、可调节压头和可调节夹具，所述的随动机械推手包括支架、第一步进电机、第一传动轴、第二步进电机、第二传动轴、第三步进电机、推手，所述的第一步进电机安装在所述的支架上，所述的第一传动轴的一端通过直齿轮与所述的第一步进电机连接，另一端连接第一转动臂的一端；所述的第二步进电机安装在所述的第一转动臂另一端，并通过斜齿轮与所述的第二传动轴的一端连接，所述的第二传动轴的另一端连接第二转动臂；所述的第三步进电机安装在所述的第二转动臂上，并通过齿轮齿条传动与所述的推手连接；
所述的可调节压头包括压头滑块、滑槽块、压头柄，所述的压头滑块通过螺栓固定在所述的滑槽块的滑槽导轨上；所述的压头柄螺接在所述的滑槽块上，所述的压头柄上开设定位孔，通过定位销固定在拉伸试验机上；
所述的可调节夹具包括底座、支撑杆，所述的支撑杆通过螺栓固定在所述的底座的滑槽上安装支撑滑块；所述的支撑杆的一端螺接在所述的底座上，另一端固定在拉伸试验机平台上。
所述的压头滑块的底端为圆弧尖端。
所述的压头滑块的个数为2块，对称的安装在所述的滑槽块的滑槽导轨上。
所述的支撑滑块的个数为2块，对称的安装在所述的底座的滑槽上。
所述的随动机械推手成对使用，对称的安装在拉伸试验机平台的两侧。
所述的拉伸试验机配置力-位移传感器。
所述的第一传动轴与所述的第一转动臂之间通过圆柱滚子轴承连接。
所述的第二传动轴与所述的第二转动臂之间通过角接触球轴承固定。
实验前，先将随动机械推手安装在拉伸试验机平台两侧，把可调节压头和可调节夹具安装到拉伸试验机上，构成了实验的基本平台；然后，将处于第一稳态的双稳态层合壳试件放置于可调节夹具上，调节用以支撑的两个支撑滑块至合适位置，调节好两个压头滑块的相对位置，设定好可调节压头进给的速度；实验开始时，拉伸试验机通过可调节压头提供驱动力使双稳态层合壳试件由初始状态慢慢展平，并开始向第二稳态转变，此时，随动机械推手开始动作，推手与双稳态层合壳试件的点A接触并按照预设的运动轨迹随动，辅助第一稳态的双稳态层合壳试件向第二稳态转变并提供转变所需的实时的力，实现试件的第二稳态，拉伸试验机配置的力-位移传感器可测得试件发生弹性突变所需的最大载荷，并获得试件变形过程的载荷-位移曲线，这样，可调节压头提供了试件发生弹性突变所需的力，随动机械推手帮助双稳态层合壳试件由第一稳态向第二稳态转变，在二者的共同驱动下，可通过整个搭建的实验平台顺利实现双稳态试件的第二稳态，并可对其变形过程进行捕捉。
本发明的有益效果是：适用于双稳态复合材料的稳态间转变测试、实验（包括反对称、非对称等多种铺设方式），可获取对应的最大转变力、载荷-位移曲线、第一稳态向第二稳态过渡、第二稳态返回至第一稳态等的力和位移、第二稳态曲率半径等多种信息；2）适应不同尺寸、铺设角度、变形方向的双稳态复合材料结构实验测试分析；3）实验测试装置简单、稳定性高，易于装卸、维修和调试，对于采用智能材料驱动(如压电材料、形状记忆合金材料等)的研究具有重要的借鉴意义。
附图说明
图1是本发明的随动机械推手的主视图。
图2是本发明的随动机械推手的左视图。
图3是本发明的随动机械推手的俯视图。
图4是本发明的可调节压头的主视图。
图5是本发明的可调节压头的俯视图。
图6是本发明的可调节压头的左视图。
图7是本发明的可调节夹具的主视图。
图8是本发明的可调节夹具的俯视图。
图9是本发明的可调节夹具的左视图。
图10是本发明的经可调节压头压平后的随动机械推手与试件的位置关系示意图。
图11是本发明的试件第一稳态时A点的位置示意图（其中，箭头所指的点为A点）。
图12是本发明的试件第二稳态时A点的位置示意图（其中，箭头所指的点为A点）。
图13是本发明的可调节夹具与试件的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
本发明所述的双稳态复合材料实验测试装置，包括拉伸试验机，所述的拉伸试验机上安装随动机械推手1、可调节压头2和可调节夹具3，所述的随动机械推手1包括支架11、第一步进电机12、第一传动轴13、第二步进电机14、第二传动轴15、第三步进电机16、推手17，所述的第一步进电机12安装在所述的支架11上，所述的第一传动轴13的一端通过直齿轮131与所述的第一步进电机12连接，另一端连接第一转动臂132的一端；所述的第二步进电机14安装在所述的第一转动臂132另一端，并通过斜齿轮141与所述的第二传动轴15的一端连接，所述的第二传动轴15的另一端连接第二转动臂151；所述的第三步进电机16安装在所述的第二转动臂151上，并通过齿轮齿条传动161与所述的推手17连接；
所述的可调节压头2包括压头滑块21、滑槽块22、压头柄23，所述的压头滑块21通过螺栓固定在所述的滑槽块22的滑槽导轨221上；所述的压头柄23螺接在所述的滑槽块22上，所述的压头柄23上开设定位孔231，通过定位销固定在拉伸试验机上；
所述的可调节夹具3包括底座31、支撑杆32，所述的底座31的滑槽上安装支撑滑块311；所述的支撑杆32的一端螺接在所述的底座31上，另一端固定在拉伸试验机平台上。
所述的压头滑块21的底端为圆弧尖端。
所述的压头滑块21的个数为2块，对称的安装在所述的滑槽块22的滑槽导轨上。
所述的支撑滑块311的个数为2块，对称的安装在所述的底座31的滑槽上。
所述的随动机械推手1成对使用，对称的安装在拉伸试验机平台的两侧。
所述的拉伸试验机配置力-位移传感器。
所述的第一传动轴13与所述的第一转动臂131之间通过圆柱滚子轴承连接。
所述的第二传动轴15与所述的第二转动臂151之间通过角接触球轴承固定。
实验前，先将随动机械推手1安装在拉伸试验机平台两侧，把可调节压头2和可调节夹具3安装到拉伸试验机上，构成了实验的基本平台；然后，将处于第一稳态的双稳态层合壳试件4放置于可调节夹具3上，调节用以支撑的两个支撑滑块311至合适位置，调节好两个压头滑块21的相对位置，设定好可调节压头2进给的速度；实验开始时，拉伸试验机通过可调节压头2提供驱动力使双稳态层合壳试件4由初始状态慢慢展平，并开始向第二稳态转变，此时，随动机械推手1开始动作，推手17与双稳态层合壳试件4的点A接触并按照预设的运动轨迹随动，辅助第一稳态的双稳态层合壳试件4向第二稳态转变并提供转变所需的实时的力，实现试件的第二稳态，拉伸试验机配置的力-位移传感器可测得试件发生弹性突变所需的最大载荷，并获得试件变形过程的载荷-位移曲线，这样，可调节压头2提供了试件发生弹性突变所需的力，随动机械推手1帮助双稳态层合壳试件4由第一稳态向第二稳态转变，在二者的共同驱动下，可通过整个搭建的实验平台顺利实现双稳态试件的第二稳态，并可对其变形过程进行捕捉。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.双稳态复合材料实验测试装置，包括拉伸试验机，其特征在于：所述的拉伸试验机上安装随动机械推手、可调节压头和可调节夹具，所述的随动机械推手包括支架、第一步进电机、第一传动轴、第二步进电机、第二传动轴、第三步进电机、推手，所述的第一步进电机安装在所述的支架上，所述的第一传动轴的一端通过直齿轮与所述的第一步进电机连接，另一端连接第一转动臂的一端；所述的第二步进电机安装在所述的第一转动臂另一端，并通过斜齿轮与所述的第二传动轴的一端连接，所述的第二传动轴的另一端连接第二转动臂；所述的第三步进电机安装在所述的第二转动臂上，并通过齿轮齿条传动与所述的推手连接；
所述的可调节压头包括压头滑块、滑槽块、压头柄，所述的压头滑块通过螺栓固定在所述的滑槽块的滑槽导轨上；所述的压头柄螺接在所述的滑槽块上，所述的压头柄上开设定位孔，通过定位销固定在拉伸试验机上；
所述的可调节夹具包括底座、支撑杆，所述的底座的滑槽上安装支撑滑块；所述的支撑杆的一端螺接在所述的底座上，另一端固定在拉伸试验机平台上。
2.如权利要求1所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的压头滑块的底端为圆弧尖端。
3.如权利要求2所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的压头滑块的个数为2块，对称的安装在所述的滑槽块的滑槽导轨上。
4.如权利要求1所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的支撑滑块的个数为2块，对称的安装在所述的底座的滑槽上。
5.如权利要求1所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的随动机械推手成对使用，对称的安装在拉伸试验机平台的两侧。
6.如权利要求5所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的拉伸试验机配置力-位移传感器。
7.如权利要求5所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的第一传动轴与所述的第一转动臂之间通过圆柱滚子轴承连接。
8.如权利要求5所述的双稳态复合材料实验测试装置，其特征在于：所述的第二传动轴与所述的第二转动臂之间通过角接触球轴承固定。
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Application publication date: 20121226

Assignee: Tiantai County Zongheng Wire Mesh Factory

Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980037452

Denomination of invention: Experimental testing device for bistable composite materials

Granted publication date: 20140806

License type: Common License

Record date: 20230704