CN103196435A - 用于将试验物品对准于负载的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于相对于加载轴线（32）定向试验物品（80）的设备，其包括第一构件（100）和第二构件（120）。第一构件可以具有凹面（102）。第二构件（120）可以具有凸面（122），被配置成以这样的方式接合凹面（102），即使得第二构件（120）相对于第一构件（100）可以移动。试验物品（80）可以联接第一和第二构件中的一个，以便其相对运动便于试验物品（80）与轴向加载轴线（32）的大体对准。找平设备可以进一步地包括多个定位装置，被配置成便于调节第二构件相对于第一构件（100）的定向，以便可以调节试验物品（80）的对准。

Description

用于将试验物品对准于负载的系统和方法

技术领域

本公开大体上涉及试验固定装置，并且更具体地涉及对准试验物品与所加负载。

背景技术

结构部件通常经试验从而验证其承载能力并且确认部件设计的完整性。可以在试验机器中安装代表结构部件的试验物品，并且该物品在受控环境中承受试验负载，从而模拟使用时部件可能承受的负载。例如，试验负载可以施加于代表飞行器的部件的试验物品。试验负载可以在静态和/或疲劳试验期间施加于该试验物品，从而模拟飞行中的空气动力负载、着陆负载以及在其使用年限期间可以作用于部件的其他负载。

在测试期间，该试验物品可以被监测，从而确定试验物品对试验负载的响应。例如，该试验物品可以在不同位置装有传感器，以便可以确定在试验物品中的应力分布。应力测量可以与在每个位置处的预测应力相比较。应力预测可以由部件的应力分析确定。在这点上，所测量的应力数据可以用于证实和验证试验物品的结构设计和/或用于验证应力分析方法。试验数据也可以用于针对部件和/或飞行器获得认证。

为了准确模拟使用中部件可能承受的负载，通常必须将试验物品安装在试验固定装置内，以便试验物品与试验负载大体上对准。不幸地是，由于与试验物品的制造相关联的制造公差或者由于与试验机器相关联的容许限度，试验物品可能未对准于试验负载。试验负载与试验物品的未对准会导致试验物品的偏心负载，这会在试验物品中产生应力，而该应力并不是使用中部件会承受的实际负载的表现。

能够看出，本领域中需要用于在试验机器中安装试验物品的系统和方法，以便试验物品可以与试验负载对准。

发明内容

与试验物品与试验负载对准关联的上面提到的需要由本公开具体解决和阐明，其提供具有第一构件和第二构件的找平设备/水准仪。第一构件具有凹面。第二构件具有凸面，其经配置成以使得第二构件相对于第一构件可运动的方式接合凹面。试验物品可以联接到第一和第二构件中的一个，以便其相对运动有助于试验物品与可以被施加于该试验物品的轴向负载的加载轴线的大体对准。找平设备可以包括多个定位装置，其经配置成有助于调节第二构件相对于第一构件的取向以用于调节试验物品与轴向加载轴线的对准。

在进一步的实施例中，公开了用于将压缩负载施加到试验物品的试验机器。试验机器可以包括轴向负载致动器，其被配置成沿着轴向加载轴线将压缩负载施加到试验物品。试验机器可以包括具有第一构件和第二构件的找平设备。第一构件可以具有凹面。第二构件可以具有凸面，其被配置成以使得第二构件相对于第一构件可运动的方式接合凹面。试验物品可以联接到第一和第二构件中的一个，以便其相对运动有助于试验物品与轴向加载轴线的大体对准。找平设备可以包括多个定位装置，被配置成有助于调节第二构件相对于第一构件的取向以用于调节试验物品与轴向加载轴线的对准。

本发明也公开了将试验物品对准于加载轴线的方法。该方法可以包括将试验物品联接到找平设备，该找平设备可以包含第一构件和第二构件。第一构件可以具有凹面。第二构件可以具有凸面，该凸面可以与凹面接合。该方法可以包括将初始轴向负载施加到试验物品，并且响应于轴向负载的施加相对于凹面移动凸面，以便第二构件相对于第一构件被重新定向。该方法可以另外包括响应于第二构件相对于第一构件的重新定向，将试验物品对准于轴向加载轴线。该方法也可以包括调节找平设备的至少一个定位装置，从而调节第二构件相对于第一构件的取向，并且响应于调节定位装置，调节试验物品相对于轴向加载轴线的对准。

已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各个实施例中单独获得，或者可能在其他实施例中合并，进一步的细节可以参考下面的下列描述和附图。

附图说明

参考附图，这些及其他本公开的特征会变得更显而易见，其中贯穿始终，相同的数字涉及相同的部件，并且其中：

图1是通用试验机器的透视图例，其具有与其联接的用于侧向负载能力的侧向负载反力框架，并且进一步说明被安装在上加载板和下加载板之间的试验物品，并且其中下加载板安装在找平设备上；

图2是具有侧向负载能力的通用试验机器的侧视图图例，其中试验物品被安装在上加载板和下加载板之间，下加载板被安装在找平设备上；

图3是通用试验机器的侧视图图例，其中为了清晰而省略了侧向负载反力框架，并且示出由第一构件和第二构件组成的找平设备；

图4是示出第一构件接合第二构件的找平设备的透视图例；

图5是找平设备的顶视图；

图6是找平设备的横截面图例，并且示出第二构件的凸面接合到第一构件的凹面，并且进一步说明定位装置，该定位装置被配置成便于调节第二构件相对于第一构件的取向，从而调节试验物品相对于轴向加载轴线的对准；

图7是第一构件的顶视图，示出凹面；

图8是沿着图7的线8的第一构件的横截面图例；

图9是第二构件的顶视图，示出凸面；

图10是沿着图9的线10的第二构件的侧视图；

图11是包含一个或更多个操作的流程图的图例，这些操作可以被包括在用于将试验物品对准于通用试验机器所施加的压缩负载的加载轴线的方法中；

图12是试验物品的实施例的透视图例；

图13是试验物品的末端视图，示出相对于上凸缘被定向成处于角度偏移的试验物品的下凸缘；

图14是在上加载板和下加载板之间安装的试验物品的示意图，并且示出下凸缘和下加载板之间的间隙；

图15是试验物品的示意图，其具有施加于其上的初始轴向负载，并且使得第二构件相对于第一构件重新定向；

图16是试验物品的示意图，其具有施加于其上的中间轴向负载，并且进一步说明被安装到该试验物品的多个应变仪，以便测量试验物品中的应力从而通过调节定位装置便于调节试验物品相对于加载轴线的对准；和

图17是安装在通用试验机器内的试验物品的示意图，并且说明施加到试验物品的最终轴向负载和施加到试验物品的侧向负载。

具体实施方式

现在参考其中为了说明本公开优选的和各种实施例的目的示出的附图，在图1中示出试验机器10的实施例的透视图例。试验机器10可以包括找平设备98，该找平设备98用于相对于可以被施加于试验物品80的轴向负载34的轴向加载轴线32定向试验物品80。找平设备98可以包括具有半球形凹面102的第一构件100（图8）和具有半球形凸面122的第二构件120（图10）。凹面102可以在界面140处直接接合凸面122（图6），以便凹面102和凸面122相对于彼此可万向地（universally）运动。

参考图1，试验物品80可以直接或间接地由找平设备98支撑。例如，试验物品80可以直接安装（未示出）到找平设备98。可替换地，试验物品80可以安装到加载板24，该加载板24可以安装到找平设备98。尽管本公开将试验物品80或者下加载板26描述为联接到第二构件120（具有凸面122），但是找平设备98可以翻转180度，并且被安置成使得试验物品80或下加载板26可以联接到第一构件100（具有凹面102）。在该翻转设置中，第二构件120（具有凸面122）可以安装到试验机器10的桌面16。

也应注意，尽管找平设备98被描述和说明为安装在通用试验机器10的桌面16和试验物品80的近端92（图2）之间，但是本公开可想到找平设备98可以在轴向负载致动器28和试验物品80的远端94（图2）之间被安装在试验物品80上方（未示出）。此外，本公开可想到，找平设备98可以安装在试验物品80的近端和远端92、94中的每个上，并且不限制于在试验物品80的端部92、94中的一个上安装单个找平设备98。额外的找平设备（未示出）也可以安装到试验物品80上的其他位置。在这点上，找平设备（未示出）可以安装在期望使得加载轴线对准于试验物品的任何位置。

有利地，找平设备98（图1）的凹面和凸面102、122（图3）提供用于将试验物品80（图1）对准于可以由试验机器10（图1）施加于试验物品80的负载的器件，该负载例如轴向压缩负载34（图1）。在轴向负载34被施加到试验物品80，随着凹面和凸面102、122沿着凹面和凸面102、122之间的界面140（图6）滑动，第一和第二构件100、120可以相对于彼此被重新定向。随着轴向负载35施加于试验物品80，第一和第二构件100、120的重新定向可以导致试验物品80与轴向加载轴线32（图1）的自对准。有利地是，找平设备98可以包括三个或更多定位装置160，如下面更详细描述的这些定位装置用于精调或调节试验物品80相对于轴向加载轴线32的对准。

在图1中，示出找平设备98被执行用于通用试验机器10，由于其可以用于材料、部件和组件的结构测试。在这点上，水平设备98可以执行用于压缩静态试验、压缩疲劳试验和任何其他类型的压缩试验，包括但不限于震动、震荡和声学试验。进一步在这点上，这里公开的找平设备98可以执行用于任何类型的试验环境或者试验应用，其中期望试验物品与压缩加载轴线对准。尽管在支撑试验物品80的情况下描述了水平设备98，其中该物品80具有I型构造（I-beam configuration），其包括将上凸缘和下凸缘84、86互相连接的腹板88，不过该找平设备98还可以被构造成用于支撑各种试验物品构造中的任何一种，且不限制于此。有利地，由于对准试验物品80与加载轴线的准确度增加，找平设备98可以提高试验结果的准确度。此外，由于找平设备98具有自对准能力，所以找平设备98可以显著减少设立和对准试验物品80与加载轴线所要求的时间量。

参考图1-3，示出通用试验机器10，其可以包括相对刚性框架组件12。框架组件12可以包含由多个支腿20支撑的桌面16。支腿20可以包括基脚22，其可以被安装在表面上，例如试验实验室的工作台或者地板上。通用试验机器10可以包括从桌面16向上延伸的多个支柱或者立柱14。上部平台（upper brace）或者十字头18可以由立柱14支撑。轴向负载致动器28可以被支撑在十字架18上。轴向负荷致动器28可以被配置成给安装到桌面16的试验物品80提供压缩负载。轴向负载致动器28可以液压或者机电地被提供动力的，或者轴向负载致动器28可以由其他适合器件提供动力。

试验机器10可以包括轴向负载测量装置30，例如用于测量被施加到试验物品80的轴向负载34的负载元件。试验物品80可以被安装在上加载板和下加载板24、26之间。上加载板和下加载板24、26可以被成尺寸且配置成将轴向负载34基本均匀地分布到试验物品80。在这点上，上加载板和下加载板24、26可以具有相对高的硬度，以便在加载板24、26的挠曲或弯曲最小的情况下将负载从轴向负载致动器28传递到试验物品80。尽管图1-3示出被安装在上加载板和下加载板24、26之间的试验物品80，不过可以想到试验物品80可以如上所述直接安装到找平设备98，并且轴向负载34可以从轴向负载致动器28直接施加到试验物品80。

图1-2进一步地说明侧向负载反力框架68，其可以联接通用试验机器10。侧向负载反力框架68可以包括水平部分70，其可以固定联接试验机器10的桌面16。侧向负载反力框架68可以包括竖直部分72，其可以为侧向负载致动器52提供附着点。侧向负载致动器52可以包括在通用试验机10中，用于例如在施加轴向压缩负载34期间将侧向负载50施加到试验物品80。侧向负载致动器52可以由一个或更多个致动器支撑件54支持。侧向负载测量装置56，例如负载元件，其可以联接侧向负载致动器52以用于测量施加到试验物品80的侧向负载50的幅值。侧向负载测量装置56可以安装在从侧向负载致动器52伸出的致动杆60。致动杆60可以包括U形配件62（图2），用于连到可以固定到试验物品80的凸耳90（图2）。为了防止试验物品80在施加侧向负载50期间的横向移动，一个或更多个缓冲组件66可以依靠多个侧向负载夹64固定到通用试验机器10的立柱14。应该注意，侧向负载致动器52是通用试验机器的可选部件，并且在这里被描述为说明找平设备98的功能性的器件。

参考图3，示出通用试验机器的侧视图，其中为了清楚省略了侧向负载致动器52（图2）和侧向负载反力框架68（图2）。示出试验物品80被安装在上加载板24和下加载板26之间。下加载板26可以安装在找平设备98上。找平设备98可以包括第一构件100，该构件可以不可动地联接通用试验机器10的桌面16。第一构件100可以包括凹面102。第二构件120可以包括凸面122，其可以被置于与第一构件100的凹面102直接接合。

找平设备98可以包括多个定位装置160以用于调节第二构件120相对于第一构件100的取向。尽管示出定位装置160被安装（例如，螺纹接合）到第二构件120，但是其也可以选择性地安装到第一构件100。在图6中所示的构造中，定位装置160可以被配置成通过将定位装置160的尖端164置于与第一构件100接触来接合第一构件100。定位装置160可以有助于调节第二构件120相对于第一构件100的取向。一旦被调节，则定位装置160可以维持第二构件120相对于第一构件100的取向，并且在如下面更详细所述的轴向压缩负载34施加到试验物品80期间防止其相对移动。

参考图4，示出找平设备98的透视图例，其由第一和第二构件100、120组成并且下加载板26安装到第二构件120。在实施例中，第一构件100和/或第二构件120可以被配置为整体结构。例如，第一和第二构件100、120中的每个都可以由同质的金属材料形成。不过，第一构件100和/或第二构件120可以由非金属材料形成，或者形成为金属和非金属材料的混合物。此外，第一构件100和/或第二构件120可以形成为一个或更多个部件的组装件，并且不限制于形成为整体结构。

在图4中，示出定位装置160被安装到第二构件120。在所示的实施例中，定位装置160被配置为螺钉162，例如艾伦头螺钉，其可以螺纹接合到第二构件120中形成的对应数目的螺纹孔136。然而，定位装置160可以被配置为各种构造中的任何一种，并且不限制于被形成为螺纹螺钉162。此外，定位装置160不限制于被螺纹接合到第二构件120。例如，定位装置160可以螺纹接合第一构件100，并且可以延伸，以便定位装置160的尖端164可以被置于与第二构件120接触，以用于调节第一构件100相对于第二构件120的取向。

参考图5，示出找平设备98的顶视图，其示出下加载板26安装到第二构件120。在图6中示出第一构件100和第二构件120具有带去角角隅（chamfered corner）的正交轮廓形状。然而，第一构件100和第二构件120可以以各种轮廓形状中的任何一种被提供。例如，第一构件100和/或第二构件120可以以圆形轮廓形状或者以任何其他轮廓形状形成，且不限制于此。此外，第一构件100的轮廓形状可以被提供成与第二构件120的轮廓形状不同。

示出定位装置160被沿着第二构件120的边缘放置。尽管示出三个定位装置160，但是可以提供大于或者等于三个的任意数目的定位装置160。示出定位装置160绕凹面和凸面102、122的周边106、126被间隔放置。然而，定位装置160可以安装在找平设备98内的、便于调节第二构件120相对于第一构件100的取向的各种不同位置，并且不限制于被放置在图5所示的凹面和凸面102、122的周边106、126上的位置。定位装置160被配置成便于调节第一构件100相对于第二构件120的取向，作为调节试验物品80相对于通用试验机器10的轴向加载轴线32的对准的器件。然而，定位装置160可以有助于调节定向或者对准试验物品80，以便由于轴向负载34的施加而导致的试验物品80中的应力可以以预测的或者所需方式被分布于试验物品80，如下文将详细描述的。

仍旧参考图5，第一构件100的凹面102限定周边106。同样，第二构件120的凸面122同样限定周边126。在所示的实施例中，凸面122的周边126的直径大于凹面102的周边106。然而，可以想到，找平设备98可以被配置成使得凹面102的周边106的直径大于凸面122的周边126。有利地是，凹面102和凸面122也可以被配置成，凹面和凸面102、122之间的界面140限定界面周边144，当沿着轴向加载轴线32察看找平设备98时，界面周边144的尺寸或者直径包绕加载板26接触第二构件120的区域148。对于从通用试验机器10省略（未示出）上加载板24和/或下加载板26的应用，凹面102和凸面122可以被配置成，界面周边144包绕与第二构件120接触的、试验物品80的近端（未示出）的区域148。

通过将找平设备98配置成使得界面周边144的尺寸大于（例如，直径大于）试验物品80或者下加载板26的区域148，试验物品80和/或下加载板26可以完全由凹面和凸面102、122支撑。用这样的方式，施加到试验物品80的轴向负载34可以具有从试验物品80到凹面和凸面102、122之间的界面140的直接负载路径，且试验物品80或加载板26大体上没有未支撑区域。在这点上，找平设备98被配置成消除第二构件120中的弯曲，而如果试验物品80或者加载板26的区域在界面周边144外侧延伸，则该弯曲会发生。此外，凹面和凸面102、122可以具有曲率半径104、124（图6），以便试验物品80（图3）上的轴向负载34（图3）总是由凹面和凸面102、122直接支撑。用这样的方式，第一和第二构件100、120本身稳定而没有会引起第一构件和第二构件100、120在负载情况下移动的力矩。

在图6中，示出找平设备98的横截面的图例，其中下加载板26安装到第二构件120，并且第二构件120接合第一构件100。下加载板26可以依靠定心销130横向联接到第二构件120。一个或更多个抗旋转插销132同样可以被包括在下加载板26和第二构件120之间的结合处，从而防止下加载板26相对于第二构件120旋转。然而，下加载板26可以借助于任何器件被安装到第二构件120，并且不限制于使用定心销130和/或抗旋转插销132。第一构件100同样可以借助于定心销110和一个或更多个抗旋转插销112或者通过其他适合器件被不可移动地联接到桌面16（未示出），从而防止第一构件100相对于桌面16（图3）移动。

在图6中，凸面122的曲率半径124可以大体上等于凹面102的曲率半径104。例如，凹面102的曲率半径104和凸面122的曲率半径124的差值可以不大于大约0.005英寸，从而最小化第一和第二构件100、120之间的游隙的量。然而，第一和第二构件100、120可以具有其相差大于近似0.005英寸的量的曲率半径104、124。通过最小化凹面102和凸面122之间的游隙的量，第二构件120的挠曲或者弯曲可以被最小化，这可以改进试验物品80的压缩试验的准确度。

简要地参考图3，凹面102和凸面122的曲率半径104、124的曲率中心146可以位于沿着轴向加载轴线32的一个点。例如，凹面102和凸面122可以被配置成，使得曲率中心146可以如图3所示位于试验物品80的远端94上方。通过将曲率中心146置于试验物品80的远端94的上方，定位装置160可以提供想要的敏感度，以用于调节第二构件120相对于第一构件100的取向。然而，凹面102和凸面122的曲率中心146可以位于沿着试验物品80的轴向加载轴线32的任何位置。凹面和凸面102、122可以具有相对大的曲率半径104、124，从而提供相应小的敏感度，以用于使用定位装置160调节第二构件120相对于第一构件100的取向。定位装置160或者定位螺钉162也可以具有可以提供想要的敏感度的螺距（未示出），以用于调节第二构件120相对于第一构件100的取向。凹面102和凸面122也可以具有这样的曲率半径104、124，即使得抵抗轴向负载34的反作用力（未示出）的合力（未示出）可以穿过凹面102和凸面122之间的界面140（图6）（即，在图6的界面周边144内）。以这样的方式，轴向负载34可以具有到界面140的直接负载路径，而试验物品80或者加载板24没有未支撑区域，而这种未支撑区域会导致第二构件120的弯曲。

参考图6，凹面102和凸面122可以优选具有最小化在界面140处的滑动摩擦且有助于凹面102和凸面122之间的相对滑动的表面粗糙度。在实施例中，凹面102和凸面122可以具有不大于近似32微英寸的表面粗糙度。然而，凹面102和凸面122可以拥有大于32微英寸的表面粗糙度，其可以降低用于制造第一和第二构件120、122的成本和时间。找平设备98可以进一步包括在第一构件100和第二构件120之间的润滑剂层142，从而便于凹面102和凸面122的相对滑动。在这点上，润滑剂层142也可以防止在凹面102和凸面122之间形成真空，而这可能在将凸面122压缩到凹面102中的相对高的轴向负载34情况下发生，并且这会不良地阻碍其间的移动。

参考图7-8，示出第一构件100，其中凹面102大体在第一构件100的中心形成。第一构件100可以由板材形成，并且凹面102可以被机加工到第一构件100中或者通过其他适合的手段形成，包括通过铸造、放电加工（EDM）或者许多替换的制造技术中的任何一种。图8示出在第一构件100的下侧形成的孔，其用于接收定心销110，该定心销110用于将第一构件100联接到通用试验机器（图3）的桌面16（图3）。凹面102限定周边106，其具有围绕其延伸的周边凸缘108。

参考图9-10，示出第二构件120，其凸面122大体在第二构件120的中心形成。第二构件120也可以由板材形成，其中凸面122可以被机加工到第二构件120中，或者使用其他适用技术形成。螺纹孔136可以在绕凸面122的周边126的周边凸缘128中形成。螺纹孔136可以经配置用于螺纹接收定位装置160（图6），例如定位螺钉162（图6）。第二构件120可以包括围绕凸面122延伸的根切134（图10），从而围绕凸面122的周边126形成肩部。通过在制造第二构件120期间省去将凸面122混合/接合（blend）到大体平面周边凸缘128的需要，根切134可以有助于凸面122的制造。

参考图11并且另外参考图12到图17的示意图，示出方法300的流程图，该方法将试验物品80对准于沿着轴向加载轴线32（图15）作用的轴向负载34（图15）。该方法可以使用图4-10中所说明的找平设备98执行。在图12-13中说明的I形梁试验物品80的背景中描述方法300。然而，按前面所示的，找平设备98可以经执行用于对准任何尺寸、形状和构造的试验物品，且不限制于此，并且不限制于图12-13中所说明的I形梁试验物品80。此外，找平设备98不限制于在试验机器10（图1）中实现，而是可以并入需要对准部件和压缩加载轴线的任何系统、子系统、组件或者过程。在图13中，试验物品80可以具有近端92和远端94，并且其中近端92可以相对于远端94的取向有角度偏移96。应该注意，尽管在图13中放大了（exaggerate）角偏移96，但是由于制造公差和/或试验机器10（图1）中的容许限度的原因，角度偏移96可以是相对小的并且可以代表试验物品80中的成角度。有利地是，找平设备98可以防止试验物品80的偏心负载，而这种偏心负载可能由于近端92的角度偏移96而产生。

参考图14，在图11的方法300的步骤302中，找平设备98可以被安放在通用试验机器10的桌面16和下加载板26之间。试验物品80可以被安装在上加载板24和下加载板26之间。然而，如上所述，试验物品80可以在试验物品80的近端92靠着找平设备98直接联接或直接安装。此外，试验物品80的远端94可以靠着轴向负载致动器28（图3）直接联接或直接安装。第二构件120的凸面122可以接合第一构件100的凹面102。定位装置160最初可以延伸成使得尖端164接触第一构件100，从而在在上加载板和下加载板24、26之间初始安装试验物品80时防止第二构件120相对于第一构件100移动。试验物品80的近端92的角偏移96可以在如图14中所说明的试验物品80的近端92和下加载板26之间产生间隙166，该间隙在图14中被放大显示。

参考图15，在图11的方法300的步骤304中，定位装置160可以被收起，从而允许在上加载板和下加载板24、26之间安装试验物品80之后第一构件100相对于第二构件120的自由移动。在这点上，定位装置160可以包含定位螺钉162，其可以被螺纹缩回成使得定位螺钉162的尖端164不会接触第一构件100。初始轴向负载36可以被施加到试验物品80。初始轴向负载36可以具有相对小的幅值，例如近似几百磅或更少，这取决于找平设备98的相对尺寸、试验物品80的相对尺寸以及其他因素。初始轴向负载36优选是这样的幅值，即其使得第二构件120相对于第一构件100重新定向，以便大体上去除试验物品80的近端92和下加载板26之间的任何间隙166（图14）。初始轴向负载36可以由轴向负载致动器28（图3）沿着轴向加载轴线32（图3）被施加。

图11的方法300的步骤306可以包括响应初始轴向负载36的施加，沿着界面140相对于凹面102滑动移动或者旋转凸面122。凸面122可以相对于凹面102滑动移动，以便第二构件120可以相对于第二构件120重新定向186。润滑剂142可以有助于凸面122相对于凹面102的可滑动移动，其中润滑剂142可以被放置在凹面102和凸面122之间的界面140中。通过提供均具有相对精细表面粗糙度的凹面102和凸面122从而最小化摩擦，也可以有助于凸面122和凹面102之间的可滑动移动。

图11的方法300的步骤308大体可以包括响应相对于第一构件100重新定向第二构件120，将试验物品80对准于轴向加载轴线32。在所示的试验物品80的构造中，试验物品的轴线82可以由在试验物品80的上凸缘84和下凸缘86之间延伸的腹板88代表。对于腹板88大体与上凸缘84垂直或正交定向的设置而言，由于第一和第二构件100、120相对于彼此重新定向，在施加初始轴向负载36期间相对于第一构件100重新定向第二构件120可以去除试验物品80和上和下加载板24、26之间的间隙166（图14）。此外，响应相对于第一构件100重新定向第二构件120试验物品80与轴向加载轴线32的大体对准可以防止在最终轴向负载40的施加期间试验物品80的偏心加载（图17）。

参考图16，图11的方法300的步骤310可以包括调节找平设备98的一个或更多定位装置160，其作为调节第二构件120相对于第一构件100的定向的手段。试验物品80可以装有传感器180，例如应变仪182，其可以安装在试验物品80上的预定位置。应变仪182可以通过适当的电子设备（未示出）联接到读出装置184，例如便携式计算机，以用于指示和记录在预定位置的试验物品80的应变和/或应力。中间轴向负载38可以被施加到试验物品80，以便将凸面122置于凹面102中，并且使得第一构件100和第二构件120进入平衡取向，其中第一和第二构件100、120的相对移动是可以忽略的或者不存在的。中间轴向负载38的幅值可以大于初始轴向负载36的幅值。例如，中间轴向负载38的幅值可以是几千镑，不过在中间轴向负载38的施加期间可以施加更大或更小幅值的负载给试验物品80。

随着中间轴向负载38被施加到试验物品80，来自传感器180（例如应变仪182）的应变或应力读数可以被监测并且与在试验物品80上预定位置的预测应变或应力水平相比较。预测应力水平可以根据被完全支撑的试验物品80的应力分析确定，其中在试验物品80和上加载板和下加载板24、26之间不存在间隙166（图14），并且在上加载板和下加载板24、26和找平设备98之间或者找平设备98和桌面16之间不存在间隙。对于对称的试验物品80，类似于图16中所述的I形梁试验物品80构造，在腹板88的相反两侧上的镜像位置大体相等的应变或应力测量可以提供对试验物品80的应力的大体均匀分布的指示，这是由于由找平设备98所提供的试验物品80与轴向加载轴线32的对准。对于非对称的试验物品（未示出），应力或应变测量可以与预测应力或应变水平相比较，从而确定这种非对称试验物品是否被完全支撑，并且是否没有受到由于试验物品的不均匀支撑所导致的偏心负载或诱发应力。

参考图16，图11的方法300的步骤312可以包括响应调节定位装置160，调节试验物品80相对于轴向加载轴线32的对准。在这点上，定位装置160可以经调节从而最小化或消除在试验物品80的轴线的相反两侧上的应变仪182的应力或者应变测量的差异。例如，定位螺钉162可以被调节，直到定位螺钉162的尖端164接触到第一构件100。随着中间轴向负载38被施加到试验物品80，定位螺钉162可以被调节，直到试验物品80的腹板88的一侧上的应变仪182指示的应力测量大体上等于来自在试验物品80的腹板88的相反侧上安装的应变仪182的应力测量。可替换地，定位螺钉162可以被调节，直到来自在预定位置的应变仪182的测量大体上等于在预定位置针对被完全支撑试验物品预测的应变或应力。可以重复实行测量试验物品80中的应力或者应变以及调节定位螺钉162的过程，直到所测量的应力或应变大体上等于在预定容许限度带内的预测应力或应变。以这个方式，定位装置160可以便于相对于轴向加载轴线32调节试验物品80的对准。

在进一步的实施例中，图11的方法300可以包括在试验物品80和上和/或下加载板24、26之间安设垫片（未示出），从而填满间隙（未示出）或者试验物品80接触上加载板和/或下加载板24、26的表面的局部不均匀（未示出）。可以结合定位装置160的调节重复地实行垫片的安设，直到由应变仪182测量的应力或者应变大体上等于试验物品80中预测的应力或者应变。

参考图17，图11的方法300的步骤314可以包括在定位装置160经调节从而调节试验物品80的对准之后将最终轴向负载40施加到试验物品80。最终轴向负载40可以模拟在使用期间试验物品80承受的负载，并且其中这些负载可以具有相对大的幅值。有利地是，找平设备98被配置成适应相对大的轴向压缩负载。例如，找平设备98可以适应几十万磅的轴向压缩负载，例如高达700000磅的轴向压缩负载或更大。试验物品80可以装有多个传感器180，例如应变仪182，用于在施加最终轴向负载40期间测量试验物品80中的应力。疲劳试验期间，最终压缩轴向负载40可以静态施加或者可以以多个循环被施加。

图17进一步说明侧向负载50沿着侧面加载轴线58施加到试验物品80。侧向负载50可以与施加最终轴向负载40同时地被施加到试验物品80。侧向负载50可以被施加到试验物品80，从而模拟腹板88的平面外翘曲条件。侧向负载50可以由图2中所示且如上所述的侧向负载致动器52施加到试验物品80的腹板88。如图2所示，侧向负载50可以被一个或更多个缓冲组件66反作用，所述缓冲组件66由多个侧向负载夹64联接到通用试验机器10的立柱14。侧向负载50借助于凸耳90被施加到腹板88，其中如图2所示，凸耳90可以从腹板88向外横向延伸。U形配件62可以联接到凸耳90，以用于将腹板88连接到侧向负载致动器52。找平设备98的定位螺钉162可以在施加侧向负载50和最终轴向负载40期间维持第一构件100相对于第二构件120的取向，并且由此防止下凸缘86响应腹板88的平面外弯曲条件而移动。侧向负载50可以在试验物品80的静态试验和/或疲劳试验期间被施加。最终轴向负载40和/或侧向负载50的应用可以在不同温度被施加，以便确定温度对试验物品80的承载能力的影响。

在文本和图中，公开了找平设备98，其用于沿着轴向加载轴线32相对于负载34定向试验物品80，该找平设备包括：第一构件100，其具有凹面102；第二构件120，其具有凸面122，该凸面122被配置成以使得第二构件120相对于第一构件100可移动的方式接合凹面102，该试验物品80联接到第一构件和第二构件100、120中的一个以便其相对运动有助于试验物品80与轴向加载轴线32的大体对准；和多个定位装置160，其被配置成有助于调节第一构件100相对于第二构件120的取向，以用于调节试验物品80相对于轴向加载轴线32的对准。

在一个变形例中，找平设备98包括，其中：凹和凸面102、122被成尺寸且配置成使得凹和凸面102、122之间的界面限定界面周边144，当沿着轴向加载轴线32察看界面周边144时其限定下列至少一个：试验物品接触第一和第二构件100、120中一个的区域；加载板24、26接触第一构件和第二构件100、120中一个的区域。在另一个变形例中，找平设备98包括，其中：定位装置160，包括定位螺钉162，其螺纹接合穿过第二构件120的对应的多个螺纹孔136，并且被配置成防止第二构件120相对于第一构件100移动。在还另一个变形例中，找平设备98包括，其中：试验物品80具有近端92和远端94；近端92联接找平设备98；以及凹和凸面102、122，其具有位于远端94上方的曲率中心146。在一个情况中，找平设备98包括其每个都具有周边的凹面102和凸面122；并且凸面122的周边大于凹面102的周边。在另一个情况下，找平设备进一步包括：在凹面102和凸面122之间的润滑剂层。

在一个情况下，公开了试验机器，其用于将压缩负载施加到试验物品80，该试验机器包括：轴向致动器28，其被配置成沿着轴向加载轴线32将压缩负载施加到试验物品80；第一构件100，其具有凹面102；第二构件120，其具有凸面122，该凸面被配置成以使得第二构件120相对于第一构件100可移动的方式接合凹面102，该试验物品80联接到第一构件和第二构件100、120中的一个，以便其相对运动有助于试验物品80与轴向加载轴线32的大体对准；和多个定位装置160，其被配置成有助于调节第一构件100相对于第二构件120的施加，以用于调节试验物品80相对于轴向加载轴线32的对准。

在一个变形例中，试验机器包括，其中凹和凸面102、122被成尺寸并配置成使得凹和凸面102、122之间的界面限定界面周边144，当沿着大体平行于轴向加载轴线32的方向察看界面周边144时，界面周边144限定下列的至少一个：试验物品80接触第一和第二构件100、120中至少一个的部分；被插入在试验物品80和第一和第二构件100、120中一个之间的加载板24、26。在另一个变形例中，试验机器包括，其中第一和第二构件100、120中的至少一个包括至少三个定位装置160以用于接合第一和第二构件100、120中的对置一个。在另一个变形例中，试验机器包括其中：定位装置160包括定位螺钉162，其螺纹接合到第一和第二构件100、120中一个中形成的对应的多个螺纹孔136，并且被配置成防止第二构件120相对于第一构件100移动。

在一个实例中，试验机器包括其中：第二构件120以大体上将轴向负载34对准于试验物品80的轴线的方式相对于第一构件100可移动。在另一个实例中，试验机器包括其中：试验物品80具有近端92和远端94；近端92安装到第一和第二构件100、120中的一个；并且凹和凸面102、122的曲率中心146近似邻近试验物品80的远端94。在一个示例中，试验机器包括其中：凹面102和凸面122中每个都具有周边；并且凸面122的周边大于凹面102的周边。在另一个示例中，试验机器包括其中：位于凹面和凸面102、122之间的润滑剂层。

在一个方面，公开了将试验物品80对准于加载轴线的方法，其包括步骤：将试验物品80联接到找平设备98，找平设备98包含第一构件和第二构件100、120，第一构件100具有凹面102，第二构件120具有接合凹面102的凸面122；将初始轴向负载36施加到试验物品80；响应轴向负载34的施加，相对于凹面102移动凸面122，以便相对于第一构件100重新定向第二构件120；响应相对于第一构件100重新定向第二构件120，将试验物品80对准于轴向加载轴线32；调节找平设备98的至少一个定位装置160，从而调节第二构件120相对于第一构件100的取向；和响应调节定位装置160，调节试验物品80相对于轴向加载轴线32的对准。

在一个变形例中，方法进一步包括步骤：将最终轴向负载40施加到试验物品80，最终轴向负载40具有大于初始轴向负载36的幅值。在另一个变形例中，该方法进一步包括步骤：提供如下尺寸和构造的凹面和凸面102、122，即使得凹面和凸面102、122的界面限定界面周边144，当沿着轴向加载轴线32察看时，界面周边144限定试验物品80联接到找平设备的区域。在另一个变形例中，该方法进一步包含步骤：提供定位装置160为定位螺钉162，其被配置成防止第二构件120相对于第一构件100移动。在另一个变形例中，该方法包括其中：试验物品80具有近端92和远端94，近端92联接找平设备98，该方法进一步包括步骤：形成具有位于远端94上方的曲率中心146的凹面和凸面102、122。在另一个实例下，该方法进一步包括步骤：在施加轴向负载34期间测量试验物品80上至少一个位置的应力；和调节定位装置160从而调节试验物品80与轴向加载轴线32的对准，直到在该位置所测量的应力大体上等于在该位置处试验物品80中的预测应力。

本公开附加的变形和改进对于本领域技术人员是显而易见的。这里描述且示出的部件的特殊组合意图只用来表示本公开的某些实施例，并且不意图作为在本公开的精神和保护范围内的替换的实施例和装置的限制。

Claims (10)

1.一种找平设备（98），其用于沿着轴向加载轴线（32）相对于负载（34）定向试验物品（80），包含：

第一构件（100），其具有凹面（102）；

第二构件（120），其具有凸面（122），该凸面（122）被配置成以使得所述第二构件（120）相对于所述第一构件（100）可移动的方式接合所述凹面（102），所述试验物品联接到所述第一和第二构件（100、120）中的一个，以便其相对移动有助于所述试验物品（80）与所述轴向加载轴线（32）的大体对准；和

多个定位装置（160），其被配置成有助于调节所述第一构件（100）相对于所述第二构件（120）的取向以用于调节所述试验物品（80）相对于所述轴向加载轴线（32）的对准。

2.根据权利要求1所述的找平设备（98），其中：

所述凹和凸面（102、122）被成尺寸并配置成使得所述凹和凸面（102、122）之间的界面限定界面周边（144），当沿着所述轴向加载轴线（32）的方向察看所述界面周边（144）时，所述界面周边（144）限定下列中至少一个：

所述试验物品（80）接触所述第一和第二构件（100、120）中的所述一个的区域；

加载板（24、26）接触所述第一和第二构件（100、120）中的所述一个的区域。

3.根据权利要求1或者2的任何一项所述的找平设备（98），其中：

所述定位装置（160）包含定位螺钉（162），其螺纹接合延伸穿过所述第二构件120的对应的多个螺纹孔（136），并且被配置成防止所述第二构件（120）相对于所述第一构件（100）移动。

4.根据权利要求1-3的任何一项所述的找平设备（98），其中：

所述试验物品（80）具有近端（92）和远端（94）；

所述近端（92）联接到所述找平设备（98）；和

所述凹和凸面（102、122）具有位于所述远端（94）上方的曲率中心（146）。

5.根据权利要求1-4的任何一项所述的找平设备（98），其中：

所述凹面（102）和所述凸面（122）中每个都具有周边；和

所述凸面（122）的周边大于所述凹面（102）的周边；其中润滑剂层在所述凹面（102）和所述凸面（122）之间。

6.根据权利要求1-5的任何一项所述的找平设备（98），进一步地包含：

轴向致动器（28），其被配置成沿着轴向加载轴线（32）将压缩负载施加到试验物品（80）；

7.一种将试验物品（80）对准于加载轴线的方法，其包含的步骤有：

将所述试验物品（80）联接到包含第一构件和第二构件（100、120）的找平设备（98），所述第一构件（100）具有凹面（102），所述第二构件（120）具有接合所述凹面（102）的凸面（122）；

将初始轴向负载（36）施加到所述试验物品（80）；

响应所述轴向负载（34）的施加，相对于所述凹面（102）移动所述凸面（122），以便相对于所述第一构件（100）重新定向所述第二构件（120）；

响应相对于所述第一构件（100）重新定向所述第二构件（120），将所述试验物品（80）对准于所述轴向加载轴线（32）；

调节所述找平设备（98）的至少一个定位装置（160），从而调节所述第二构件（120）相对于所述第一构件（100）的取向；和

响应调节所述定位装置（160），调节所述试验物品（80）相对于所述轴向加载轴线（32）的对准。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包含步骤：

将最终轴向负载（40）施加到所述试验物品（80），所述最终轴向负载（40）具有大于所述初始轴向负载（36）的幅值。

9.根据权利要求7或者8的任何一项所述的方法，进一步包含步骤：

提供如下尺寸和构造的所述凹面和凸面（102、122），即使得所述凹和凸面（102、122）的界面限定界面周边（144），当沿着所述轴向加载轴线（32）察看时，所述界面周边（144）包绕所述试验物品（80）联接所述找平设备的区域；其中所述试验物品（80）具有近端（92）和远端（94），所述近端（92）联接所述找平设备（98），所述方法进一步包含步骤：

形成具有位于所述远端（94）上方的曲率中心（146）的所述凹和凸面（102、122）。

10.根据权利要求7-9的任何一项所述的方法，进一步包含步骤：

将所述定位装置（160）提供成定位螺钉（162），其被配置成防止所述第二构件（120）相对于所述第一构件（100）移动；

在施加所述轴向负荷（34）期间，测量所述试验物品（80）上至少一个位置的应力；和

调节所述定位装置（160），从而调节所述试验物品（80）与所述轴向加载轴线（32）的对准，直到在所述位置的测量应力大体上等于在所述位置处所述试验物品（80）的预测应力。

Images