CN103292933A - 用于在结构中提供轴向应力的检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在结构(210，310)中提供轴向应力的检测装置(2，3)，包括：第一组构件(224，324)，用于在多个第一位置与结构的第一表面(212，312)抵接；第二组构件(234，334)，第二组构件在多个第二位置与结构的第二表面(211，311)抵接；以及力致动器，其中每组构件包括至少三个构件，并且其中，每组构件(224a，224c，234a，234c，324a，324c，334a，334c)中的至少两个构件沿该结构与理论排列线对准，并且每组构件(224b，224d，234b，234d，324b，324d，334b，334d)中的至少一个构件沿该结构与所述理论排列线不对准，使得当力致动器施加力时，负载被施加在不同位置，使得结构沿双轴向弯曲，从而在结构中产生双轴向应力。

Description

用于在结构中提供轴向应力的检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于在结构中提供轴向应力的检测装置。更具体地，但不排它地，本发明涉及一种用于在结构中提供轴向应力的检测装置，该结构在一侧具有第一表面，在相对侧具有第二表面。本发明还涉及一种用于在结构中提供轴向应力的方法。
背景技术
图1示出了现有的检测装置。检测装置1检测夹层结构10。该夹层结构10具有顶表面11和底表面12。该夹层结构10由顶部蒙皮13、底部蒙皮14和芯部15组成。该检测装置包括基座结构20、顶部结构30和负载块40。
基座结构20包括基座平台21，从基座平台21向上延伸的两个构件22、23。构件22、23在其末端弯曲以使沿其施加负载的纵向距离最小化。构件22、23沿结构10的宽度方向延伸。如果期望结构10向下进行较大偏移，可以在构件22、23的顶部施加润滑油26以利于转动。在构件22、23的顶部还设有V形块25和橡胶垫26。该V形块25和橡胶垫26减少了施加于结构10上的、在构件22、23处的全厚度应力。该中间结构10设于两橡胶块24的顶部上。
顶部结构30包括顶部平台31，从顶部平台31向下延伸的两个构件32、33。构件32、33在其末端弯曲以使沿其施加负载的纵向距离最小化。构件32、33沿结构10的宽度方向延伸。如果期望结构10向下进行较大偏移，可以在每个顶部构件32、33的端部施加润滑油36以利于转动。在构件32、33的端部还设有V形块35和橡胶垫36。该V形块35和橡胶垫36减少了施加在结构10上的、在构件32、33处的全厚度应力。该顶部结构30设置在夹层结构10的顶部上，从而该橡胶垫34位于结构10的顶表面11上。
使用时，该夹层结构10位于向上延伸的构件22、23和向下延伸的构件32、33之间，负载块40位于顶部平台31的顶部上。这使得结构10在两个向上延伸的构件22、23之间的所有位置都向下弯曲。最大向下弯曲量产生于两个向下延伸的构件32、33之间。在结构10的外部(两个向上延伸构件22、23的两侧)产生相对向上弯曲。这使得在结构的处于两向下延伸的构件32、33之间的部分产生单轴向应力(沿单个轴方向)，使得这部分被检测。可以在两个向下延伸的构件32、33之间的中点处测量最大向下偏移量。
该检测装置通常用于薄蒙皮的夹层板结构。这是因为这类结构中，检测会在顶表面11上产生几乎均匀的单轴向压应力并在底表面12上产生几乎均匀的单轴向拉应力。所述两个向下延伸的构件32、33之间的弯矩和蒙皮应力都是最大值且保持不变。全厚度剪切力只产生于向下延伸的构件32、33的两侧上。该检测装置通常用于具有轻的芯部(如，蜂窝)和薄的复合材料(如，纤维增强塑料或碳纤维预浸料)蒙皮的夹层结构。尤其是，当芯部厚度是蒙皮厚度的6倍以上时，该检测工作效果最好。
该检测用于检测夹层蒙皮的强度。因此，理想地，通过使用负载块和设计构件的位置来确定蒙皮故障(在芯部剪切故障之前)。
该检测设备简单，而且仅仅通过使用一个向下的负载块40就可以工作。
然而，通常需要通过施加双轴向负载来检测结构。目前，这可以通过向十字形结构的四条不同的腿部中的每个腿部上分别附接致动器、然后向每个致动器上施加拉力或推力来实现。然而，这些双轴向检测装置需要复杂的校准工作，来确定在结构中的与施加在致动器上的力相比的双轴向负载。这是因为，安装在一个腿部上的致动器即便没有施加外力也会抑制腿部并且由于泊松变形被避免而影响该结构中的应力。这导致了双轴向检测比较复杂、成本高并且耗时长。
本发明旨在解决上述技术问题。可替换或可增加地，本发明旨在提供一种用于在结构中提供双轴向应力的改进的检测装置和方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于在结构中提供轴向应力的检测装置，该结构具有位于一侧的第一表面和位于相对侧的第二表面，其中，该检测装置包括：第一组构件，该第一组构件在结构上的多个第一位置处抵靠结构的第一表面；第二组构件，该第二组构件在结构上的多个第二位置处抵靠结构的第二表面，该多个第一位置和多个第二位置限定不同的印迹；以及用于施加将所述第一组构件和第二组构件中的至少一组构件向另一组构件驱动的力的力致动器，并且其中，每组构件包括至少三个构件，每组构件中的至少两个构件沿结构与理论排列线对准，每组构件中的至少一个构件沿结构与所述理论排列线不对准，使得当力致动器施加将所述第一组构件和第二组构件中的至少一组构件向另一组构件驱动的力时，负载被施加在每个理论排列线上的不同位置处以及与每个理论排列线不对准的其他位置处，使得结构沿双轴向弯曲，从而在结构中提供双轴向应力。
尽管只通过单个力致动器施加负载，但是设有不对准的构件允许生成双轴向弯曲。因此，本发明的实施例具有如图1所示的检测设备的同一简单负载相互作用的优点，同时结构中还提供双轴向应力。这使得能更好地理解例如复合结构的双轴向应力故障包络、优化双轴向应力的分析、提高加权最优化。当选择夹层板结构或单体工字梁结构时，这是尤其有利的。由于只需要一个致动器且不需螺栓连接，该检测装置相比其他提供双轴向应力的装置更易维护和安装。这也意味着开孔和冲击损伤的结构可以通过双轴向应力进行检测。这也可以改进在双轴向负载情况下计算允许范围内损坏的方法的精确程度，同时利于提高对例如复合结构的维护。
优选地，第一组构件和第二组构件的印迹整体上是不同的。也就是说，优选地，多个第一位置中没有一个与多个第二位置中的任何一个相对应。
优选地，力致动器用于施加将所述第一组构件和第二组构件中的至少一组构件中的所有构件向另一组构件的所有构件驱动的力。
优选地，每组构件包括四个构件，并且其中四个构件包括沿第一理论排列线排列的第一对构件和沿第二理论排列线排列的第二对构件，并且其中第一理论排列线和第二理论排列线彼此成一角度。这样使得装置更加稳定。
更优选地，第一组构件中的第一对构件与第二组构件中的第一对构件沿同一第一理论排列线排列，并且其中第一组构件中的第二对构件与第二组构件中的第二对构件沿同一第二理论排列线排列。这样可以产生沿两个预设轴线的双轴向弯曲。
优选地，所述第一对构件中的第一构件位于第二排列线的一侧，所述第一对构件中的第二构件位于第二排列线的另一侧，并且其中所述第二对构件中的第一构件位于第一排列线的一侧，所述第二对构件中的第二构件位于第一排列线的另一侧。这样可以提供呈十字形/交叉形状的双轴向负载。
优选地，第一排列线是横向的，优选地，其与第二排列线大致垂直。这样，可以提供十字形(具有四条臂部，每条臂部彼此成90度)的双轴向负载。
优选地，每个构件是刚性的。也就是说，优选地，每个构件在负载情况下基本上不下压。
优选地，每个构件为长形并布置成沿该构件的长度方向形成接触线。优选地，每个构件布置成提供与结构接触的线，并且其中每个构件的接触线大致垂直于其理论排列线。这使得该装置更稳定。
可选择地，对于第一组构件来说，第一对构件和第二对构件中的构件的印迹布置成位于第一点周围，而在第二组构件中，第一对构件和第二对构件中的构件的印迹布置成远离该点。这提供了相同符号的双轴向弯曲，同时结构的第一表面处于受压状态下而结构的第二表面处于受拉状态下。
可替换地，对于第一组构件，第一对构件中的构件的印迹布置成位于第一点周围，而第二对构件中的构件的印迹布置成远离该点，而对于第二组构件，第一对构件中的构件的印迹布置成远离该点，第二对构件中的构件的印迹布置成位于第一点周围。这样产生了相反符号的双轴向弯曲。优选地，所述第一组构件中的第一对构件沿与第二组构件中的第二对构件相同的理论排列线排列，而第一组构件的第二对构件沿与第二组构件的第一对构件相同的理论排列线排列。
根据本发明的第一方面，还提供了一种采用上述检测装置的检测设备，其中，该检测设备包括：基座以及与基座附接的包括至少三个构件的一组构件，其中，该组构件中的至少一个构件沿基座与其他构件不对准。
优选地，该构件可移动地安装在基座上，使得构件沿基座的位置是可调整的。这也使得沿各个方向的负载大小也可以根据检测的需要进行调整。
根据本发明的第一方面，还提供了一种采用上述检测装置或者上述检测设备进行检测的结构，其中，该结构包括中央检测部分以及远离中央检测部件延伸的至少三条腿部。
优选地，该结构是十字形的。
优选地，该结构是夹层板结构或工字梁结构。
根据本发明的第二方面，还提供了一种用于在结构中提供轴向应力的方法，该结构具有位于第一侧上的第一表面和位于相对侧上的第二表面，其中，该方法包括以下各个步骤：提供至少包括三个构件的第一组构件，用于在该结构上的多个第一位置处抵靠结构的第一表面，其中第一组构件中的至少两个构件与沿结构上的第一理论排列线对准，并且第一组构件中的至少一个构件沿结构与所述第一理论排列线不对准；提供至少包括三个构件的第二组构件，用于在该结构上的多个第二位置处抵靠结构的第二表面，多个第一位置和多个第二位置限定不同印迹，其中第二组构件中的至少两个构件与沿结构的第二理论排列线对准，第二组构件中的至少一个构件沿结构与第二理论排列线不对准；将待检测结构置于两组构件之间；施加力以将第一组构件和第二组构件中的至少一组构件向另一组构件驱动，使得负载被施加在每个理论排列线上的不同位置处并且在其它位置与每个理论排列线不对准，使得结构沿双轴向弯曲，从而在结构中提供了双轴向应力。
当然，可以理解，关于本发明的一方面描述的特征可以并入本发明的另一方面。例如，本发明中的方法可以结合参考本发明的装置描述的任何特征，并且反之亦然。
附图说明
以下将参考附图以示例方式描述本发明的实施例：
图1是现有技术中检测装置的侧视图；
图2是本发明中第一实施例的检测装置的透视图；
图3是本发明中第二实施例的检测装置的局部分解透视图。
具体实施方式
图2示出了本发明中第一实施例的检测装置2的透视图。该检测装置2对夹层结构210进行检测。该夹层结构210具有顶表面211和底表面212。该夹层结构210呈薄的、对称的十字形形状，具有中央部分213和彼此成90度的四条腿部214、215、216、217。
该检测装置包括基座结构220、顶部结构230以及负载块(图中未示出)。
基座结构220包括呈薄的、对称的十字形形状的基座平台221。基座平台221具有中央部分222和四条互成90度的腿部223a、223b、223c、223d。在每条腿部223的远端，具有跨每条腿部223的宽度向上延伸的构件224a、224b、224c、224d。该夹层结构210设置在四个向上延伸的构件224的顶部上，从而每条腿部抵靠向上延伸的构件之一。结构210的腿部214、215、216、217的宽度比向上延伸的构件224的长度窄。
顶部结构230包括呈蹲式、对称的十字形形状的顶部平台231。该顶部平台231具有中央部分232和四条互成90度的短的腿部233a、233b、233c、233d。在每条腿部233的远端，具有跨每条腿部233的宽度向下延伸的构件234a、234b、234c、234d。顶部结构230设置于夹层结构210的顶部上，从而向下延伸的构件234位于结构210的顶表面211上。该向下延伸的构件234在中央部分213抵靠结构210，而向上延伸的构件224在腿部214、215、216、217的远端抵靠结构210。结构210的腿部214、215、216、217的宽度比向下延伸的构件234的长度窄。
使用时，该夹层结构210设置在向上延伸的构件224和向下延伸的构件234之间，负载块(未示出)设置在顶部平台231的顶部上。这使得结构210在向上延伸的构件224之间在两个方向上向下弯曲，而在其外部部分(沿向上延伸的构件224的外侧的两个方向)向上弯曲。向下弯曲的最大值产生于中央部分213(沿向下延伸的构件234之间的两个方向)。这在结构的中央部分213中形成双轴向(沿X轴和Y轴两个轴)应力。具体地，在中央部分213，结构210的上蒙皮承受相同符号的双轴向压力(即沿X轴和Y轴两个轴的压力)，而结构210的下蒙皮承受了相同符号的双轴向拉力(即沿X轴和Y轴两个轴的拉力)。
图3示出了根据本发明的第二实施例的局部分解透视图。检测装置3对夹层结构310进行检测。该夹层结构310具有顶表面311和底表面312。结构310呈薄的且对称的十字形形状的，具有中央部分313和四条互成90度的腿部314、315、316、317。
该检测装置包括基座结构320、顶部结构330和负载块(图中未示出)。
该基座结构320包括具有沿其长度(沿Y轴方向)的两条长边323b、323d和沿其宽度(沿X轴方向)的两条短边323a、323c的、呈矩形形状的基座平台321。在每个长边323b、323d，具有沿长边323b、323d的中间部分延伸的向上延伸的长形构件324b、324d。在每条短边323a、323c，具有跨基座平台321的宽度方向延伸的向上延伸的长形构件324a、324c。夹层结构310设置在四个向上延伸的构件324的顶部上，使得每条腿部抵靠向上延伸的构件之一，相对的腿部314和316在腿部的末端由向上延伸的构件324a、324c支承，相对的腿部315和317在中央部分313由向上延伸的构件324b、324d支承。结构310的腿部314、315、316、317的宽度比向上延伸的构件324的长度窄。
顶部结构330包括呈矩形形状的顶部平台331，具有沿其长度的两条长边333a、333c和沿其宽度的两条短边333b、333d。在每个长边333a、333c，具有沿长边333a、333c的中间部分延伸的向下延伸的长形构件334a、334c。在每条短边333b、333d，具有跨顶部平台331的宽度延伸的向下延伸的长形构件334b、334d。
顶部结构330设置在夹层结构310和底部结构320的上方，使得顶部平台331的长度方向与基座平台321的长度方向相垂直(即顶部平台331的长度方向沿X轴方向)，并且使得每个向下延伸的构件334抵靠结构310的腿部314、315、316、317之一。向下延伸的构件334a、334c在中央部分313抵靠结构310的腿部314和316，而向下延伸的构件334b、334d在腿部315和317的远端抵靠结构310。向上延伸的构件324b、324d在中央部分313支承结构310的腿部315和317，而向上延伸的构件324a、324c在腿部314、316的远端支承结构310。结构310的腿部314、315、316、317的宽度比向下延伸的构件334的长度窄。
使用时，夹层结构310设置在向上延伸的构件324和向下延伸的构件334之间，负载块(未示出)设置在顶部平台331的顶部上。这使得结构310经受在该结构的中央部分313的双轴向应力(沿X轴和Y轴两个轴)。具体地，在中央部分313，结构310的上蒙皮受到相反符号的双轴向压力(即沿X轴的拉力和沿Y轴的压力)，结构310的下蒙皮受到相反符号的双轴向拉力(即沿Y轴的拉力和沿X轴的压力)。
图3中所示实施例的缺点在于该检测装置是“头重脚轻”的，需要对顶部结构320采取稳固措施。
在两个实施例中，十字形夹层结构210、310可通过形成大的方形夹层板并从该大的方形夹层板的每个角切掉方板以形成十字形形状来制成。被切除方板可以用于多种不同用途，例如工艺控制检测、用作轮子(travellers)或用于破坏性质量检验。
尽管参考具体实施例对本发明进行了描述和说明，但是本领域技术人员可以理解，本发明可以采用在此未具体说明的许多不同变形。现在将仅仅通过示例的方式描述一些可能的变形。
该检测装置可用于检测其他类型的结构，例如窄缘单体工字梁。这可以实现对单体层压板的双轴向应力检测。也可以将其用于箱形梁结构或者具有类似性能的任意其他结构。
也可以对基座结构220、230以及顶部结构230、330进行一定改动以使得构件234、334可以移动。这样可以允许改变双轴向表面应力在一个方向上(X轴)的相对大小(与另一方向(Y轴)相比)，同时仍然使用一个检测装置。
在上述描述中所提及的数值或部件具有已知的、明显的或可预见的等同替换物，这些等同替换物均并入在此，就像单独阐述过一样。所涉及的技术内容应当形成用于确定本发明的真实范围的权利要求，权利要求应当构成为包含任何这种等同替换物。读者还应当理解，在此描述为优选的、有利的、方便的等等的本发明的整数或者技术特征是可选的，而不限制独立权利要求的范围。另外，尽管本发明的一些实施例具有可能的优点，但是应当理解，这种可选的整数或特征在其它实施例中可以不是必须的，并且因此可以不存在。

Claims (14)

1.一种用于在结构中提供轴向应力的检测装置，该结构具有位于一侧的第一表面和位于相对侧的第二表面，其中，该检测装置包括：
第一组构件，所述第一组构件用于在所述结构上的多个第一位置处抵靠所述结构的第一表面；
第二组构件，所述第二组构件用于在所述结构上的多个第二位置处抵靠所述结构的第二表面，所述多个第一位置和多个第二位置限定不同的印迹；以及
力致动器，用于施加将所述第一组构件和第二组构件中的至少一组构件向所述第一组构件和第二组构件中的另一组构件驱动的力，
并且其中，每组构件包括至少三个构件，每组构件中的至少两个构件沿所述结构与理论排列线对准，并且每组构件中的至少一个构件沿所述结构与所述理论排列线不对准，
使得当所述力致动器施加将所述第一组构件和第二组构件中的至少一组构件向所述第一组构件和第二组构件中的另一组构件驱动的力时，负载被施加在每个理论排列线上的不同位置处以及与每个理论排列线不对准的其他位置处，使得所述结构沿双轴向弯曲，从而在所述结构中提供双轴向应力。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，每组构件包括四个构件，并且其中所述四个构件包括沿第一理论排列线排列的第一对构件和沿第二理论排列线排列的第二对构件，并且其中第一理论排列线和第二理论排列线彼此成一角度。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其中，所述第一组构件中的第一对构件与第二组构件中的第一对构件沿同一第一理论排列线排列，并且其中第一组构件中的第二对构件与所述第二组构件中的第二对构件沿同一第二理论排列线排列。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的检测装置，其中，所述第一对构件中的第一构件位于第二理论排列线的一侧，所述第一对构件中的第二构件位于所述第二理论排列线的另一侧，并且其中所述第二对构件中的第一构件位于第一理论排列线的一侧，所述第二对构件中的第二构件位于所述第一理论排列线的另一侧。
5.根据权利要求2-4中的任一项权利要求所述的检测装置，其中，所述第一理论排列线与所述第二理论排列线大致垂直。
6.根据权利要求2-5中的任一项权利要求所述的检测装置，其中，每个构件布置成提供与所述结构的接触线，并且其中每个构件的接触线大致垂直于其理论排列线。
7.根据权利要求2-6中的任一项权利要求所述的检测装置，其中，对于第一组构件，所述第一对构件和第二对构件中的构件的印迹布置成位于第一点周围，而在第二组构件中，所述第一对构件和第二对构件中的构件的印迹布置成远离该点。
8.根据权利要求2-6中的任一项权利要求所述的检测装置，其中，对于第一组构件，第一对构件中的构件的印迹布置成位于第一点周围，而第二对构件中的构件的印迹布置成远离该点，而在第二组构件中，第一对构件中的构件的印迹布置成远离该点，第二对构件中的构件的印迹布置成位于所述第一点周围。
9.一种采用根据权利要求1-8中的任一项的检测装置的检测设备，其中，该检测设备包括：
基座，以及
与基座附接的包括至少三个构件的一组构件，其中，该组构件中的至少一个构件沿基座与其他构件不对准。
10.根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述构件可移动地安装在基座上，使得构件沿基座的位置是可调整的。
11.一种采用权利要求1-8中的任一项所述的检测装置或者权利要求9和10中的任一项所述的检测设备进行检测的结构，其中，该结构包括中央检测部分以及远离中央检测部件延伸的至少三条腿部。
12.根据权利要求11所述的结构，其中，所述结构是十字形的。
13.根据权利要求11或12所述的结构，其中，所述结构是夹层板结构或工字梁结构。
14.一种用于在结构中提供轴向应力的方法，该结构具有位于第一侧上的第一表面和位于相对侧上的第二表面，其中，该方法包括以下各个步骤：
设置至少包括三个构件的第一组构件，用于在所述结构的多个第一位置处抵靠所述结构的第一表面，其中，所述第一组构件中的至少两个构件沿所述结构与第一理论排列线对准，并且第一组构件中的至少一个构件沿所述结构与所述第一理论排列线不对准；
设置至少包括三个构件的第二组构件，用于在所述结构上的多个第二位置处抵靠结构的第二表面，所述多个第一位置和多个第二位置限定不同印迹，其中所述第二组构件中的至少两个构件沿所述结构与第二理论排列线对准，所述第二组构件中的至少一个构件沿所述结构与所述第二理论排列线不对准；
将待检测的所述结构置于所述第一组构件和所述第二组构件之间；
施加力以将第一组构件和第二组构件中的至少一组构件向第一组构件和第二组构件中的另一组构件驱动，使得负载被施加在每个理论排列线上的不同位置处并且在另一位置与每个理论排列线不对准，使得所述结构沿双轴向弯曲，从而在所述结构中提供双轴向应力。
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