CN104297059B - 用于试验样品的压缩试验的设备、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于压缩试验的设备(30)。设备(30)具有带有端部载荷元件(74)的基座组件(60)，端部载荷元件(74)被附接至基座组件(60)，基座组件(60)是刚性的。设备(30)具有支撑组件(32)，支撑组件(32)被附接至基座组件(60)并且具有多个窗口部分(44)。设备(30)具有被安装在支撑组件(32)内的芯组件(46)，芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件(32)和基座组件(60)免于压缩试验期间产生的破裂载荷(53)的破坏。基座组件(60)、支撑组件(32)和芯组件(46)共同形成用于具有缺口部分(82)的试验样品(80)的压缩试验的设备(30)。设备(30)被配置为用于与光学应变测量系统(120)一起使用。当试验样品(80)被安装在支撑组件(32)中时，试验样品(80)和缺口部分(82)通过多个窗口部分(44)对光学应变测量系统(120)是可见的。
Description
技术领域
本公开大体涉及用于试验样品的压缩试验的设备组件、系统和方法，并且更具体地涉及用于大缺口压缩试验面板(panel)(诸如飞行器的零部件的面板)的压缩试验的设备组件、系统和方法。
背景技术
经常在诸如飞机、旋翼飞机、航天器和其他飞行器的飞行器的制造中进行零部件的力学试验或零部件的试验样品的力学试验。力学试验提供材料属性数据，诸如强度、硬度、延展性和关于在诸如压缩、拉伸、载荷与温度的各种状况下进行试验的材料的其他数据。反过来，力学试验为材料的预期应用提供与材料的适合性有关的信息。这类信息有助于性能达到预期效果的零部件的设计。
飞行器的零部件的力学试验可以包括压缩试验。压缩试验在压缩载荷状况下确定材料(诸如复合或金属材料)的性能。可以通过在试验夹具的两个支撑板之间加载试验样品(诸如被称为“试件(coupon)”的试验面板(panel)或平坦层压板制件)来进行压缩试验。
试验夹具通常被安装在试验机(例如，通用试验机)中。试验机可以将压力或压缩载荷作用于试验样品，并且可以沿长度方向压缩试验样品直至它破裂或破坏。试验机可以记录使试验样品破裂或破坏所需的力。可以通过绘制作用力或载荷与试验样品材料变形的关系来测量试验样品材料的压缩强度。如在本文中所使用的，“压缩强度”是指试验样品材料在破裂或破坏之前能够经得住的最大压缩载荷或应力。
存在用于飞行器零部件的压缩试验的试验夹具、设备组件和方法。例如，图1图示说明了用于压缩试验的诸如现有大缺口压缩(LNC)试验夹具10a形式的现有试验夹具10的前立体图。如图1所示，现有试验夹具10具有在其间插入试验样品面板28的第一支撑板12a和第二支撑板12b。试验样品面板28可以是大缺口压缩(LNC)面板的形式。
如图1进一步所示，现有试验夹具10的第一支撑板12a和第二支撑板12b完全遮住试验样品面板28，并且阻碍对试验样品面板28的任何观察。因此，这种现有试验夹具10的使用不包括与可以被用来光学地获得与试验样品面板28的应变测量有关的信息的现有光学应变测量系统一起使用。
代替使用现有光学应变测量系统，现有试验夹具10需要使用多个应变计14(参见图1)来测量试验样品面板28的应变。如图1所示，每个应变计14可以被设置为横向地跨越第一支撑板12a，并且每个应变计14可以被联接至安装在现有试验夹具10的框架部分18上的铰接附接元件16。
然而，这种应变计14(参见图1)的使用会涉及大量的安装时间和劳力，这会导致流程时间的增加。此外，在试验之前，这种应变计14(参见图1)的使用可能需要精确的对准与校准操作以及到应变计机器的连接。这又会导致试验的时间与费用的增加。由于将应变计14(参见图1)安装在现有试验夹具10(参见图1)上涉及大量时间，因此仅能以每天一(1)或二(2)个试验样品面板28的试验速度对试验样品面板28进行试验。
如图1进一步所示，现有试验夹具10具有基座部分22和侧支撑部分24(每一侧上有一个)。然而，基座部分22可能是很薄的，并且因而在若干次压缩试验之后就被磨损。可能需要加衬垫来加强基座部分22，并将第一支撑板12a、第二支撑板12b和试验样品面板28保持就位。例如，衬垫20(参见图1)可以被安装在现有试验夹具10(参见图1)上。然而，在试验之前，这种加衬垫过程会涉及大量的安装时间与劳力。这又会导致试验的时间与费用的增加。
因此，用于试验样品面板(诸如大缺口压缩面板)的压缩试验的现有方法是昂贵，并且花费四(4)到十(10)周或更多周来完成。因此，现有技术存在对用于试验样品(诸如飞行器的零部件的大缺口压缩试验面板)的压缩试验的优于已知设备组件、系统和方法的改善的设备、系统和方法的需要。
发明内容
通过本公开来满足对用于试验样品(诸如飞行器的零部件的大缺口压缩试验面板)的压缩试验的改善的设备、系统和方法的这种需要。如在下面具体实施方式中所讨论的，用于试验样品(诸如飞行器的零部件的大缺口压缩试验面板)的压缩试验的改善的设备、系统和方法的实施例可以提供优于已知设备组件、系统和方法的优点。
在本公开的一个实施例中，提供了一种用于压缩试验的设备。该设备包含具有端部载荷元件的基座组件，端部载荷元件被附接至基座组件，基座组件是刚性的。该设备还包含被附接至基座组件的支撑组件，支撑组件具有多个窗口部分。该设备还包含被安装在支撑组件内的芯组件，芯组件是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件和基座组件免于压缩试验期间产生的破裂载荷的破坏。
基座组件、支撑组件和芯组件共同组成用于具有缺口部分的试验样品的压缩试验的设备。该设备被配置为用于与光学应变测量系统一起使用。当试验样品被安装在支撑组件中时，试验样品和缺口部分通过多个窗口部分对光学应变测量系统而言是可见的。
在本公开的另一实施例中，提供了一种用于压缩试验的系统。该系统包含一种用于压缩试验的设备。该设备包含具有端部载荷元件的基座组件，端部载荷元件被附接至基座组件，基座组件是刚性的。该设备还包含被附接至基座组件的支撑组件，支撑组件具有多个窗口部分。该设备还包含被安装在支撑组件内的芯组件，芯组件是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件和基座组件免于压缩试验期间产生的破裂载荷的破坏。
该系统还包含具有缺口部分的试验样品。试验样品被安装在设备的支撑组件中。该系统还包含试验机，其被配置为当带有试验样品的设备被安装在试验机中时将一个或更多个压缩载荷作用于试验样品。该系统还包含试验机控制器，其被联接至试验机，并且被配置为控制试验机的运行。
该系统还包含光学应变测量系统，关于安装在试验机中的带有试验样品的设备设置光学应变测量系统，以便试验样品和缺口部分通过多个窗口部分对光学应变测量系统是可见的。该系统还包含数据采集系统，其被联接至光学应变测量系统。设备、试验样品、试验机、试验机控制器、光学应变测量系统和数据采集系统共同组成用于试验样品的压缩试验的系统。
在本公开的另一实施例中，提供了一种用于压缩试验的方法。该方法包含形成用于试验样品的压缩试验的设备的步骤。该设备包含具有端部载荷元件的基座组件，端部载荷元件被附接至基座组件，基座组件是刚性的。该设备还包含被附接至基座组件的支撑组件，支撑组件具有多个窗口部分。该设备还包含被安装在支撑组件内的芯组件，芯组件是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件和基座组件免于压缩试验期间产生的破裂载荷的破坏。
该方法还包含形成试验样品中的缺口部分的步骤。该方法还包含将试验样品安装在支撑组件内部并邻近芯组件的步骤。该方法还包含将设备安装在用于压缩试验的试验机中的步骤。
该方法还包含关于设备设置光学应变测量系统的步骤，以便试验样品和缺口部分通过多个窗口部分对光学应变测量系统是可见的。该方法还包含将一个或更多个压缩载荷作用于试验样品的步骤。该方法还包含利用光学应变测量系统测量试验样品的应变数据的步骤。
上述所讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中单独地实现，或可以在其它实施例中被组合，其中参见以下说明和附图可以看出进一步的细节。
附图说明
参照具体实施方式，结合图示说明了优选且示例性的实施例但未必按比例绘制的附图加以考虑，能够更好地理解本公开，其中：
图1图示说明了用于压缩试验的现有试验夹具的前立体图；
图2A图示说明了本公开的用于压缩试验的设备的示例性实施例的前立体图；
图2B图示说明了图2A的设备的后立体图；
图2C图示说明了图2A的设备的基座组件的前立体图；
图2D图示说明了图2A的设备的支撑格栅的前立体图；
图2E图示说明了被附接至图2C的基座组件的图2D的支撑格栅的前立体图；
图2F图示说明了图2A的设备中使用的芯组件的前立体图；
图2G图示说明了被附接至图2E的支撑格栅和基座组件的图2F的芯组件的前立体图；
图2H图示说明了图2A的设备中使用的试验样品的前立体图；
图2I图示说明了被安装在芯组件的前面且被安装在图2E的基座组件上的图2H的试验样品的前立体图；
图2J图示说明了示为与载荷均衡装置一起使用的图2A的设备的前立体图；
图3A图示说明了本公开的用于压缩试验的系统的示例性实施例的示意图；
图3B图示说明了可以在图3A的系统中使用的载荷均衡装置的示例性实施例的前立体图；
图3C图示说明了可以在图3A的系统中使用的被安装在试验机的示例性实施例中的图2A的设备的前立体图；
图4A图示说明了可以在图3A的系统中使用的光学应变测量系统的示例性实施例的侧视图，示出了光学应变测量系统被设置在本公开的设备的前面；
图4B图示说明了被设置在本公开的设备前面的图4A的光学应变测量系统的俯视图；
图4C图示说明了图4A的设备的前立体图，示出了图4A的光学应变测量系统的摄像机焦点；
图4D图示说明了支撑格栅的特写前立体图，示出了通过窗口部分可见的缺口部分；
图5图示说明了本公开的用于压缩试验的系统和设备的实施例的方框图；
图6图示说明了本公开的方法的示例性实施例的流程图；
图7图示说明了具有一个或更多个可以通过本公开的设备、系统和方法的实施例进行试验并评估的结构的飞机的立体图；
图8图示说明了飞机制造和使用方法的流程图；以及，
图9图示说明了本公开的飞机的实施例的功能方框图。
具体实施方式
在下文中将会参照示出了所公开的实施例中的一些而非所有的附图更充分地描述所公开的实施例。更确切地说，若干不同的实施例可以被提供，并且应当被理解为不限于在本文中所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开全面且完整，并向本领域技术人员充分表达了本公开的范围。
现在参照附图，图2A图示说明了用于本公开的试验样品80(参见图2H)的压缩试验的设备30的示例性实施例的前立体图。图2B图示说明了图2A的设备30的后立体图。如图2A-2B所示，设备30可以是试验夹具30a(诸如，大缺口压缩试验夹具)的形式。
如图2A、图2H所示，试验样品80可以是试验面板(panel)80a的形式。例如，试验面板80a(参见图2A、图2H)可以包含飞机200a(参见图7)的面板220(参见图7)或面板220的一部分。诸如试验面板80a形式的试验样品80可以由复合材料或金属材料(诸如铝或其他适当金属材料)制成。试验样品80还可以是试件(coupon)(例如，平坦层压板制件)或优选具有矩形平面结构和矩形横截面的其他合适的试验样品的形式。如图2H所示，试验样品80优选具有缺口部分82，这将在下文中进一步详细地讨论。
如图2A-2B进一步所示，设备30包含具有端部载荷元件74的基座组件60，端部载荷元件74被附接至基座组件60。图2C图示说明了图2A的设备30的基座组件60的前立体图。优选地，基座组件60(参见图2A)是刚性的并且坚固的。优选地，基座组件60由刚性材料(诸如钢或其他合适的刚性金属材料)制成。
如图2A-2C所示，基座组件60包含基座平台62。如图2A-2C进一步所示，基座平台62包含具有顶侧66a和底侧66b的第一平台部分64a。如图2A-2C进一步所示，基座平台62包含具有顶侧68a和底侧68b的第二平台部分64a。
如图2A-2C进一步所示，基座平台62包含基座支撑元件70，例如，第一基座支撑元件70a、第二基座支撑元件70b和第三基座支撑元件70c。基座支撑元件70优选被设置在第一平台部分64a与第二平台部分64b之间，并且优选相互间隔开。
基座组件60还包含侧支撑部分72(参见图2C)。侧支撑部分72(参见图2C)优选包含与第二侧支撑部分72b(参见图2C)相反并且间隔开的第一侧支撑部分72a(参见图2C)。侧支撑部分72(参见图2C)优选被附接至基座平台62(参见图2C)的第一平台部分64a(参见图2C)的顶侧66a(参见图2C)。
优选地，侧支撑部分72由刚性材料(诸如钢或其他合适的刚性金属材料)制成。侧支撑部分72为支撑组件32(参见图2A)提供支撑，并且具体地为支撑组件32(参见图2A)的第二支撑格栅34b(参见图2A、2E)提供直接支撑。
如图2A和图2G所示，端部载荷元件74可以在端部78(参见图2A)之间并且跨越第一平台部分64a的顶侧66a(参见图2G)被附接至基座组件60。如图2A和图2G所示，端部载荷元件74可以通过诸如螺钉76a或其他合适的附接元件形式的附接元件76被附接至基座组件60。优选地，端部载荷元件74是端部载荷磨损条74a(参见图2A、图2G)的形式。
基于所进行的具体压缩试验，端部载荷元件74优选由金属材料或其他合适的材料制成。例如，端部载荷元件74可以包含更容易适形的软金属，诸如铝、铜、锡或其他软金属。可替代地，端部载荷元件74可以包含更耐用的硬金属。此外，端部载荷元件74可以由陶瓷材料、塑料材料、木头或其他合适的耐用且耐磨的材料制成。
如果在试验之后被损坏，则端部载荷元件74(参见图2G)优选是可拆卸并且可更换的。端部载荷元件74(参见图2G)可以在一个或更多个压缩试验之后被更换，并且优选被配置为在压缩试验期间保护基座组件60(参见图2G)。优选地，与某些现有试验夹具的薄基座结构相比，基座组件60被设计为经得住大量压缩试验期间的磨损与撕扯。
如图2A-2B所示，设备30还包含被附接至基座组件60的支撑组件32。优选地，支撑组件32被焊接至基座组件60。然而，其他附接手段可以是合适的。
如图2A-2B和图2D-2E所示，支撑组件32包含一个或更多个支撑格栅34。图2D图示说明了图2A的设备30的支撑格栅34的前立体图。图2E图示说明了被附接至图2C的基座组件60的图2D的支撑格栅34的前立体图。支撑格栅34(参见图2A、图2E)优选由刚性材料(诸如钢或其他合适的刚性金属材料)制成。
如图2A、图2D所示，支撑格栅34优选包含第一支撑格栅34a和第二支撑格栅34b。第一支撑格栅34a优选被布置在前面位置。第二支撑格栅34b优选在第一支撑格栅34a之后被布置在后面位置。第一支撑格栅34a优选被配置为用于附接到第二支撑格栅34b。
第一支撑格栅34a(参见图2A)和第二支撑格栅34b(参见图2E)均包含框架部分36(参见图2A、图2D)和格栅部分38(参见图2A、图2D)。如图2A、图2D所示，每个格栅部分38包含多个竖直构件40和与多个竖直构件40相交的多个水平构件42。应当认识到，为了方便和清楚，术语“竖直”和“水平”描述了多个竖直构件40(参见图2A、图2D)和多个水平构件42(参见图2A、图2D)的相对位置，并没有描述其在压缩试验期间的实际位置。
如图2A-2B所示，支撑组件32具有多个窗口部分44。多个竖直构件40(参见图2A-2B)和多个水平构件42(参见图2A、图2B)形成多个窗口部分44(参见图2A-2B)。优选地，具有多个窗口部分44(参见图2A-2B)的支撑格栅34(参见图2A-2B)提供看透的支撑系统。因此，第一支撑格栅34a(参见图2A)和第二支撑格栅34b(参见图2B)优选都通过其相应的多个窗口部分44(参见图2A-2B)被看透。
优选地，第一支撑格栅34a(参见图2A)和第二支撑格栅34b(参见图2B)可以均具有七十(70)到八十(80)或更多个窗口部分44。更优选地，第一支撑格栅34a(参见图2A)和第二支撑格栅34b(参见图2B)可以均具有七十七(77)个窗口部分44。
多个窗口部分44(参见图2A-2B)优选基于试验样品80(参见图2H)的厚度并且基于相邻竖直构件40(参见图2A-2B)之间的宽度被成尺寸。例如，每个窗口部分44(参见图2A)可以具有大约二(2)英寸到大约三(3)英寸的宽度，并且可以具有大约四(4)英寸到大约八(8)英寸的长度。然而，每个窗口部分44可以具有更长或更短的宽度和/或长度。
相邻竖直构件40之间的宽度可以有助于最小化或消除试验样品80(参见图2H)在压缩试验期间的屈曲。例如，从一个竖直构件40的中心线到相邻竖直构件40的中心线的宽度可以优选为大约一(1)英寸到大约三(3)英寸，并且更优选地可以为大约一(1)英寸。
如图2A-2B所示，诸如试验夹具30a形式的设备30可以包含多个铰接元件54，以用于将第一支撑格栅34a附接或联接至第二支撑格栅34b。铰接元件54(参见图2A)可以包含多个第一侧铰接元件54a(参见图2A)和多个第二侧铰接元件54b(参见图2A)。铰接元件54优选被弹簧加载，并且可以由刚性材料(诸如钢或其他刚性金属)制成。铰接元件54可以被配置为具有销和连接叉配件，以便第一支撑格栅34a可以相对于第二支撑格栅34b像门一样打开。
设备30还包含安装在支撑组件32(参见图2A)内的芯组件46(参见图2F)。图2F图示说明了图2A的设备30中使用的芯组件46的前立体图。芯组件(参见图2F)优选是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件32和基座组件60免于压缩试验期间产生的破裂载荷53(参见图5)的破坏。当试验样品80在压缩试验期间破裂或破坏时，邻近芯组件(参见图2F)放置的试验样品80(参见图2H)会产生这种破裂载荷53(参见图5)。
芯组件46被设计为在压缩试验期间稳定试验样品80(参见图2A、图2H)，并且被设计为一旦试验样品80(参见图2A、图2H)发生破裂或破坏(诸如在缺口部分82(参见图2H)处)则被压碎并吸收从试验样品80向侧面释放的能量。通过吸收由于试验样品(参见图2A、图2H)在压缩试验期间的破裂或破断而产生或导致的破裂载荷53(参见图5)，芯组件46主要保护周围的支撑组件32(参见图2A)，并且还保护基座组件60。
芯组件(参见图2F)因此保护支撑组件32和基座组件60免于破裂载荷53(参见图5)或破坏荷载的破坏，并且又可以增加设备30(参见图2A)(诸如试验夹具30a(参见图2A))的寿命，以及可以允许更轻重量的设备30设计。如在本文中所使用的，“破裂载荷”是指当试验样品80经受压缩试验时在试验样品80(参见图2H)的破裂或破坏点处产生的载荷，并且特别是在试验样品(参见图2H)的缺口部分82(参见图2H)处产生的载荷。
芯组件46(参见图2F)和试验样品80(参见图2H)优选被安装在第一支撑格栅34a(参见图2A)与第二支撑格栅34b(参见图2A)之间。基座组件60(参见图2A)、支撑组件32(参见图2A)和芯组件46(参见图2A)共同组成用于具有缺口部分82(参见图2H)的试验样品80(参见图2H)的压缩试验的设备30。
如图2F所示，芯组件46包含多个竖直芯元件48。应当认识到，为了方便和清楚，术语“竖直”描述了多个竖直芯元件48(参见图2F)的相对位置，并没有描述其在压缩试验期间的实际位置。
如图2F进一步所示，竖直芯元件48可以包含端部竖直芯元件48a和中心竖直芯元件48b。图2F示出在两个端部竖直芯元件48a之间的六个(6)中心竖直芯元件48b。然而，取决于试验条件和所使用的试验机，可以使用更多或更少的竖直芯元件48。
端部竖直芯元件48a(参见图2F)优选具有比中心竖直芯元件48b(参见图2F)更大的宽度。例如，端部竖直芯元件48a(参见图2F)可以具有大约二(2)英寸到大约四(4)英寸或更多英寸的宽度，而中心竖直芯元件48b(参见图2F)可以均具有大约0.5英寸到大约一(1)英寸的宽度。每个竖直芯元件48可以优选具有大约0.5英寸的厚度。
此外，如图2F所示，每个端部竖直芯元件48a具有细长狭槽52。如图2F所示，每个竖直芯元件48之间的是间隔部分51。
每个竖直芯元件48(参见图2F)可以包含蜂窝夹层芯组件47(参见图2F)，蜂窝夹层芯组件47包含例如0.5英寸厚的铝面板和芯。可替代地，每个竖直芯元件48(参见图2F)可以包含刚性泡沫材料或其他合适的刚性材料。优选地，竖直芯元件48(参见图2F)的刚性足以经得住每平方英寸300kips(千磅力)的力的压缩载荷，并且更优选地，竖直芯元件48(参见图2F)的刚性足以经得住大约每平方英寸300kips(千磅力)的力到大约每平方英寸500kips(千磅力)或更大力的范围内的载荷。
如图2F所示，芯组件46具有压碎区50。如图2F所示，压碎区50包括端部竖直芯元件48a的细长狭槽52。当试验样品80(参见图3A)被安装在支撑组件32(参见图2A)中的安装位置101(参见图3A)时，压碎区50优选对应于试验样品80(参见图2H)中的缺口部分82(参见图2H)的位置84(参见图2H)。例如，当试验样品80(参见图2A)被加载时，它被设计为在缺口部分82(参见图2A)处并且水平地跨越试验样品80(参见图2A)破裂、破坏或失效。这会在破裂、破坏或失效点处导致正交于试验样品80的表面的过度移动。通过提供足够的压碎区域，诸如提供有压碎区50(参见图2F)，设备30(参见图2A)能够经得住增加的载荷。
芯组件46(参见图2F)优选具有足够的刚度，以便它能在试验样品80在压缩试验期间开始向侧面屈曲的情况下保持试验样品80。然而，当试验样品80在压缩试验时破裂、破坏或失效时，试验样品80的冲击和力会局部地压碎芯组件46的竖直芯元件48(特别是压碎区50(参见图2F)中的竖直芯元件48)中的一个或更多个，以便载荷不被引导至设备30(参见图2A)。
每个竖直芯元件48(参见图2F)可以是分段的，并且可以包含一个或更多个区段49(参见图2F、图2I)，例如，一个或更多个六(6)英寸长的或其他合适长度的区段，其可以很容易地被新的竖直芯元件48(参见图2F)或可以被连接至竖直芯元件48(参见图2F)的未损坏的剩余区段的新的区段或部分所更换。因此，当竖直芯元件48均以分段结构的方式具有区段49(参见图2F、图2I)时，芯组件46(参见图2F)的竖直芯元件48(参见图2F)的任何损坏部分可以被很容易地更换。
图2G图示说明了被附接至诸如第二支撑格栅34b形式的支撑格栅34并且被附接至图2E的基座组件60的图2F的芯组件46的前立体图。如图2G所示，设备30还可以包含一个或更多个夹持板88。如图2G进一步所示，夹持板88优选被跨越芯组件46的底部地附接，其中夹持板88的底部邻近基座组件60的顶侧66a。如图2G所示，夹持板88可以通过一个或更多个附接元件90(诸如螺钉或螺栓)或其他合适的附接元件被附接至芯组件46。
夹持板88(参见图2G)可以以如下方式被附接或被联接至芯组件46(参见图2G)，即第一支撑格栅34a(参见图2A)和第二支撑格栅34b(参见图2A)可以相互略微间隔开间隙86(参见图2A)。如图2A所示，间隙86可以包含下间隙86a和上间隙86b。由于间隙86(参见图2A)的存在，可以允许试验机102(参见图3A)的上压盘104(参见图3A)和下压盘106(参见图3A)一起略微移动，以便对试验样品80(参见图3A)的压缩强度进行试验，并且以便避免通过设备30(参见图3A)反作用任何压缩载荷109(参见图5)。
如图2G所示，设备30还可以包含一个或更多个诸如夹紧件57形式的夹持夹具56。为了跨越间隙86(参见图2A)支撑试验样品80(参见图2A)并且为了防止试验样品80(参见图2A)在间隙86(参见图2A)处的不想要的屈曲，一个或更多个夹持夹具56(参见图2A)可以被附接至试验样品80(参见图2A)。
如图2A所示，夹持夹具56可以包含第一夹持夹具56a和第二夹持夹具56b。第一夹持夹具56(参见图2A)优选被联接至基座组件60(参见图2A)，并且被配置为当试验样品80(参见图2A)被安装在支撑组件32(参见图2A)中时保持试验样品80(参见图2H)的第一端85a(参见图2H)。
如图2A所示，第一夹持夹具56a可以通过一个或更多个诸如螺栓58a(参见图2A)形式的附接元件58(参见图2A)或其他合适的附接元件被联接至试验样品80(参见图2A)。第一夹持夹具56a优选被配置为跨越试验样品80(参见图2A、图2H)的第一端85a(参见图2H)施加压力载荷59(参见图5)，诸如夹紧载荷。
如图2A-2B和图2H所示，第二夹持夹具56b被附接至试验样品80的第二端85b(参见图2H)。第二夹持夹具56b可以通过一个或更多个诸如螺钉58b形式的附接元件58或其他合适的附接元件被附接至试验样品80的第二端85b。第二夹持夹具56b优选被配置为跨越试验样品80(参见图2A、图2H)的第二端85b(参见图2H)施加压力载荷59(参见图5)，诸如夹紧载荷。
设备30(参见图2A)被配置用于与光学应变测量系统120(参见图3A)一起使用，这将在下文中详细地讨论。当试验样品80(参见图2H、图3A)被安装在支撑组件32(参见图2A)中时，试验样品80(参见图2H、图3A)和缺口部分82(参见图2H、图3A)通过多个窗口部分44(参见图2A)对光学应变测量系统120(参见图3A)而言是可见的。
在本公开的另一实施例中，提供了用于压缩试验的系统100。图5图示说明了用于压缩试验的系统100的实施例的方框图，系统100包括在上文中所讨论的用于压缩试验的设备30。图3A图示说明了用于本公开的压缩试验的系统100的示例性实施例的示意图。
如图3A和图5所示，系统100包含用于压缩试验的设备30。设备30可以是试验夹具30a(参见图3A)的形式。如在上文中详细地讨论的，设备30(参见图3A、图5)包含具有端部载荷元件74(参见图5)的基座组件60(参见图5)，端部载荷元件74(参见图5)被附接至基座组件60(参见图5)。设备30(参见图5)还包含被附接至基座组件60(参见图5)的支撑组件32(参见图5)。支撑组件32具有多个窗口部分44(参见图5)。
设备30(参见图5)还包含被安装在支撑组件32(参见图5)内的芯组件46(参见图5)。芯组件46优选是可压碎的，并且被设计为一旦试验样品80(参见图2A、图2H)发生破裂或破坏(诸如在缺口部分82(参见图2H)处)就会吸收破裂载荷能量。芯组件46(参见图5)和试验样品80(参见图5)优选被安装在第一支撑格栅34a(参见图5)与第二支撑格栅34b(参见图5)之间。
如图2H、图3A和图5所示，系统100还包含具有缺口部分82的试验样品80。图2H图示说明了图2A的设备30中使用的试验样品80的前立体图。试验样品80(参见图2H)优选被安装在设备30(参见图5)的支撑组件32(参见图5)中。如图3A和图3C所示，试验样品80在设备30和试验机102中的安装位置101。
如图2H所示，试验样品80可以是试验面板80a的形式。例如，试验面板80a可以包含飞机200a(参见图7)的面板220(参见图7)或面板220的一部分。诸如试验面板80a形式的试验样品80可以由复合材料或金属材料(诸如铝或其他合适的金属材料)制成。试验样品80还可以是试件(例如，平坦层压板制件)或优选具有矩形平面结构和矩形横截面的其他合适的试验样品的形式。诸如试验面板80a形式的试验样品80可以优选具有大约二十(20)英寸宽的宽度、大约六十(60)英寸的长度和大约0.25英寸到大约0.10英寸厚的厚度。然而，取决于试验条件和所使用的试验机，试验样品80还可以具有其他合适的宽度、长度或厚度。
如图2H所示，试验样品80具有当试验样品80被安装在设备30(参见图2A)中时优选邻近基座组件60(参见图2I)的第一端85a。如图2H所示，试验样品80具有优选被附接至诸如在上文中所讨论的第二夹持夹具56b形式的夹持夹具56的第二端85b。
如图2H所示，试验样品80的缺口部分82被形成在试验样品80中的位置84处，优选在中心位置处。缺口部分82(参见图3C)优选垂直于由试验机102(参见图3C)作用于试验样品80(参见图3C)的一个或更多个压缩载荷109(参见图5)的方向109a(参见图3C)。缺口部分82可以优选具有大约四(4)英寸宽的宽度和大约0.25英寸到大约0.10英寸厚的厚度。然而，取决于试验条件，缺口部分82可以具有其他合适的宽度或厚度。
图2I图示说明了被安装在芯组件46(参见图2G)前面并且被安装在图2E的基座组件60上的图2H的试验样品80的前立体图。如图2I所示，试验样品80被安装在诸如蜂窝夹层芯组件47形式的芯组件46(参见图2G)之上，并且被安装在第二支撑格栅34b之上。
如图3A、图3C和图5所示，系统100还包含诸如压力机102a形式的试验机102。图3C图示说明了被安装在诸如压力机102a形式的试验机102的示例性实施例中的可以在图3A的系统100中使用的图2A的设备30的前立体图。例如，压力机102a可以包含由明尼苏达州明尼阿波利斯的MTS公司制造的MTS机。不过，可以使用其他合适的试验机102。
如图3A和图3C所示，诸如压力机102a形式的试验机102包含上压盘104、下压盘106、框架108、载荷单元107(参见图3A)和底脚146(参见图3C)。上压盘104和下压盘106可以在如图3A所示的关闭位置与如图3C所示的打开位置之间移动。
图2J图示说明了示为与载荷均衡装置92一起使用的图2A的设备30的前立体图。如图2J所示，可以通过沿由箭头94所指示的向下方向将第一载荷均衡装置92a联接至第二夹持夹具56b而将第一载荷均衡装置92a联接至第二夹持夹具56b。可替代地，第一载荷均衡装置92a(参见图3B)可以替代第二夹持夹具56b(参见图2A)使用，并且被联接至试验样品80(参见图2H)的第二端85b(参见图2H)。
如图2J进一步所示，可以通过沿由箭头96所指示的向上方向将第二载荷均衡装置92b联接至基座组件60而将第二载荷均衡装置92b联接至基座组件60。可替代地，第二载荷均衡装置92b可以被联接至第一夹持夹具56a，或第二载荷均衡装置92b可以代替第一夹持夹具56a使用，并且被联接至试验样品80(参见图2H)的第一端85a(参见图2H)。
如图3A所示，一个或更多个载荷均衡装置92可以被联接至安装在试验机102中的设备30。载荷均衡装置92优选辅助试验样品80和设备30的自对准、自平衡或自均衡。在一个实施例中，如图3A所示，设置可以包含试验机102的上压盘104、第一载荷均衡装置92a、试验夹具30a、第二载荷均衡装置92b和试验机102的下压盘106。
如图3A所示，第一载荷均衡装置92a可以被联接至诸如试验夹具30a(参见图3A)形式的设备30的顶部。可替代地，第一载荷均衡装置92a(参见图3B)可以代替第二夹持夹具56b(参见图2A)使用。第一载荷均衡装置92a(参见图3B)可以被联接至或被附接至试验样品80的第二端85b(参见图2H)的第一到二英寸处，以便当压缩载荷109(参见图5)在压缩试验期间作用于试验样品80时防止试验样品80的加载边缘劈裂或散开。
可替代地或除了第一载荷均衡装置92外，第二载荷均衡装置92b可以被联接至设备30的底部，或可替代地，第二载荷均衡装置92b可以被联接至第一夹持夹具56a(参见图2A)或代替第一夹持夹具56a(参见图2A)使用。载荷均衡装置92平衡载荷，以确保试验样品80(参见图2H)的第一端85a(参见图2H)和第二端85b(参见图2H)沿试验样品80(参见图2H)的长端在任意点处被加载。载荷均衡装置92有助于当在压缩试验期间以压缩的形式被加载时防止或最小化试验样品80的加载边缘劈裂或散开。
图3B图示说明了可以在图3A的系统100中使用的诸如第一载荷均衡装置92a形式的载荷均衡装置92的示例性实施例的前立体图。第一载荷均衡装置92a可以代替第二夹持夹具56b(参见图2A)使用。如图3B所示，载荷均衡装置92包含对准部分142，对准部分142具有用于插入试验样品80(参见图3A)的狭槽136。如图3B进一步所示，载荷均衡装置92可以包含开口138，开口138被配置为用于接收可以被用来固定在试验样品80(参见图3A)上的附接元件(未示出)，诸如螺钉(未示出)。
如图3B进一步所示，载荷均衡装置92可以包含一个或更多个圆角元件140，圆角元件140可以允许附接元件(未示出)上下移动或浮动。这样的移动可以有助于试验样品80和设备30的自对准、自平衡或自均衡。如图3B进一步所示，诸如第一载荷均衡装置92a形式的载荷均衡装置92可以包含连杆构件144，连杆构件144在压缩试验期间辅助将载荷均衡装置92保持在一起。
如图3C所示，诸如压力机102a形式的试验机102优选被配置为，当带有试验样品80的设备30被安装在试验机102中时沿方向109a将一个或更多个压缩载荷109(参见图5)作用于/施加于试验样品80。如图3C所示，试验样品80的缺口部分82是可见的。
如图3A和图5所示，系统100还包含试验机控制器110，试验机控制器110被联接至试验机102并且被配置为控制试验机102的运行。试验机控制器110可以通过连接元件112(诸如合适的有线或无线连接)被联接至试验机102。
如图3A和图5所示，系统100还可以包含经由连接元件118被联接至试验机控制器110的处理单元114，诸如第一处理单元114a。连接元件112可以包含合适的有线或无线连接。如图3A和图5所示，处理单元114可以包含计算机116，诸如第一计算机116a。
如图3A和图5所示，系统100还包含关于设备30设置的光学应变测量系统120，其中试验样品80被安装在设备30中，而设备30被安装在试验机102中。如图3A所示，带有试验样品80的设备30优选被安装在试验机102中，以便试验样品80和缺口部分82通过多个窗口部分44(参见图4C-4D)对光学应变测量系统120是可见的。设备30(参见图3A)的第一支撑格栅34a(参见图3C)优选面向前朝向光学应变测量系统120(参见图3A)。
光学应变测量系统120(参见图3A、图4A-4B)优选包含两个或更多个光学装置122(参见图4A-4B)。光学装置122可以包含第一光学装置122a(参见图4A)和第二光学装置122b(参见图4A)。
光学应变测量系统120优选为基于摄像机的系统，其中光学装置122是摄像机124(参见图4A-4B)的形式。摄像机124监测并跟踪试验样品80(参见图4A-4B)表面上的诸如圆点或点形式的多个位置152(参见图4A-4B)。摄像机124可以包含第一摄像机124a(参见图4A)和第二摄像机124b(参见图4A)。然而，可以使用其他合适的光学装置122。
光学应变测量系统120优选包含两个或更多个光学装置122，光学装置122被配置为采集并扫描安装在设备30(参见图4A)中的试验样品80(参见图4A-4B)表面上的多个位置152(参见图4A-4B)处的光学测量126(参见图3A、图4A-4B)。可以使用的光学应变测量系统120的示例包括自德国GOM mbH获得的Aramis Optical 3D Deformation Analysis光学应变测量系统。然而，也可以使用其他合适的光学应变测量系统。
光学应变测量系统120可以被用来确定试验样品80(参见图2H)的材料属性，可以被用来获得应变数据127(参见图5)(诸如，表面应变数据、屈曲应变和应变速率)，可以被用来获得三维位移和表面坐标，并且可以被用来获得其他合适的数据。光学应变测量系统120可以被用来有效地且以良好准确性地采集并评估测量区域。合适的软件可以与光学应变测量系统120一起使用，以提供试验样品80(参见图4A-4B)表面上的多个位置152(参见图4A-4B)处的光学测量126(参见图3A、图4A-4B)的结果。
图4A图示说明了可以在图3A的系统100中使用的光学应变测量系统120的示例性实施例的侧视图。图4A示出了设置在设备30前面的光学应变测量系统120。如图4A所示，诸如第一摄像机124a形式的第一光学装置122a被设置在设备30的第一支撑格栅34a的上半部的前面。如图4A进一步所示，诸如第一摄像机124a形式的第一光学装置122a被设置为采集并扫描安装在设备30中的试验样品80(参见图4A)表面上的多个位置152(参见图4A)处的光学测量126，诸如上水平光学测量126a。
如图4A进一步所示，诸如第二摄像机124b形式的第二光学装置122b被设置在设备30的第一支撑格栅34a的下半部的前面。如图4A所示，诸如第二摄像机124b形式的第二光学装置122b被设置为采集并扫描安装在设备30中的试验样品80(参见图4A)表面上的多个位置152(参见图4A)处的光学测量126，诸如下水平光学测量126b。
如图4A所示，第一摄像机124a优选在第一摄像机124a与第二摄像机124b之间的中心线150之上。第二摄像机124b优选在中心线150之下。第一摄像机124a和第二摄像机124b可以被设置为距安装在设备30中的试验样品80(参见图3A)足够距离。优选地，第一摄像机124a和第二摄像机124b可以被设置为距设备30大约十(10)英尺的距离151(参见图4B)。然而，第一摄像机124a和第二摄像机124b可以被设置为距设备30更长或更短的距离。
图4A示出了第一摄像机124a被设置为在第二摄像机124b之上距离148。优选地，第一摄像机124a可以被设置为在第一摄像机124a和第二摄像机124b之间的中心线150之上大约15英寸。优选地，第二摄像机124b可以被设置为在第一摄像机124a和第二摄像机124b之间的中心线150之下大约15英寸。然而，第一摄像机124a和第二摄像机124b可以被设置为在中心线150之上或之下更长或更短的距离。
图4B图示说明了设置在设备30的第一支撑格栅34a前面的图4A的光学应变测量系统120的俯视图。如图4B所示，包含诸如摄像机124形式的第一光学装置122a的光学装置122被设置在设备30的第一支撑格栅34a上半部的前面。如图4B进一步所示，诸如摄像机124形式的第一光学装置122a被设置为采集并扫描安装在设备30中的试验样品80(参见图4B)表面上的多个位置152(参见图4B)处的光学测量126，诸如上竖直光学测量126c和下竖直光学测量126d。
图4C图示说明了图4A的设备30的前立体图，示出了图4A的光学应变测量系统120的诸如第一光学装置122a和第二光学装置122b形式的光学装置122。优选摄像机124(参见图4A-4B)形式的光学装置122优选聚焦在诸如试验面板80a形式的试验样品80上。
图4C示出了通过第一光学装置122a(诸如第一摄像机124a(参见图4A)或上摄像机)进行观察以及测量诸如由上虚线圈指出的载荷平衡156a形式的载荷平衡156。图4C进一步示出了通过第二光学装置122b(诸如第二摄像机124b(参见图4A)或下摄像机)进行观察以及测量诸如由下虚线圈指出的载荷平衡156b形式的载荷平衡156。
图4C示出了通过第一光学装置122a(诸如第一摄像机124a(参见图4A)或上摄像机)和第二光学装置122b(诸如第二摄像机124b(参见图4A)或下摄像机)二者进行观察以及测量诸如由中间虚线圈指出的载荷平衡156c形式的载荷平衡156。如图4C所示，缺口部分82在由中间虚线圈指出的载荷平衡156c内。
图4D图示说明了设备30的诸如第一支撑格栅34a形式的支撑格栅34的特写前立体图。图4D示出了诸如试验面板80a形式的试验样品80和位置84处的通过窗口部分44可见的缺口部分82。如图4D所示，缺口部分82被居中地设置在竖直构件40与水平构件42之间。
如图3A和图5所示，系统100还包含数据采集系统130，数据采集系统130经由连接元件128被联接至光学应变测量系统120。连接元件128可以包含合适的有线或无线连接。
如图3A和图5所示，数据采集系统130可以包含光学应变测量系统控制器132和处理单元114(诸如第二处理单元114b)。如图3A和图5所示，处理单元114可以包含计算机116，诸如第二计算机116b。
如图3A所示，应变测量系统控制器132可以经由连接元件134被联接至第二处理单元114b。连接元件134可以包含合适的有线或无线连接。
设备30(参见图5)、试验样品80(参见图5)、试验机102(参见图5)、试验机控制器110(参见图5)、光学应变测量系统120(参见图5)和数据采集系统130(参见图5)共同组成用于试验样品80(参见图5)的压缩试验的系统100(参见图5)。
如图5所示，支撑组件32包含第一支撑格栅34a，第一支撑格栅34a被配置为用于附接到第二支撑格栅34b。第一支撑格栅34a和第二支撑格栅34b均包含框架部分36、多个竖直构件40和多个水平构件42。多个竖直构件40(参见图2A)和多个水平构件42(参见图2A)形成多个窗口部分44(参见图2A)。
在本公开的另一实施例中，提供了一种用于试验样品80(参见图2H)的压缩试验的方法160(参见图6)。图6图示说明了本公开的方法160的示例性实施例的流程图。如图6所示，方法160包含形成用于试验样品80(参见图2H)的压缩试验的设备30(参见图2A)的步骤162。
如在上文中详细地讨论的，设备30(参见图2A)包含具有端部载荷元件74(参见图2A)的基座组件60(参见图2A)，端部载荷元件74(参见图2A)被附接至基座组件60(参见图2A)。基座组件60(参见图2A)优选是刚性的并且坚固的。
设备30(参见图2A)还包含被附接至基座组件60(参见图2A)的支撑组件32(参见图2A)。支撑组件32(参见图2A)具有多个窗口部分44(参见图2A)。
设备30还包含安装在支撑组件32(参见图2A)内的芯组件46(参见图2F)。芯组件(参见图2F)优选是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件32和基座组件60免于压缩试验期间产生的破裂载荷53(参见图5)的破坏。当试验样品80在试验样品80的压缩试验期间破裂或破坏时，邻近芯组件(参见图2F、图2I)放置的试验样品80(参见图2H)会产生这种破裂载荷53(参见图5)。试验样品80(参见图2H)的压缩试验期间会出现的压缩载荷109(参见图5)可以在大约每平方英寸300kips(千磅力)的力到大约每平方英寸500kips(千磅力)的范围内。然而，适当地，压缩载荷109可以更高或更低。
如图6所示，方法160还包含形成试验样品80(参见图2H)中的缺口部分82(参见图2H)的步骤164。如图6所示，方法160还包含将试验样品80(参见图2H)安装在支撑组件32(参见图2A)内并邻近芯组件46(参见图2F、图2I)的步骤166。
如图6所示，方法160还包含将设备30(参见图2A)安装在用于压缩试验的试验机102(参见图3A)(诸如压力机102a)中的步骤168。将设备30(参见图2A)安装在试验机102(参见图3A)中的步骤168可以包含，将一个或更多个载荷均衡装置92(参见图3A)联接至设备30(参见图3A)。
如图6所示，方法160还包含关于设备30(参见图3A)设置光学应变测量系统120(参见图3A)的步骤170。光学应变测量系统120(参见图3A)被设置为使得试验样品80(参见图3A)和缺口部分82(参见图3A)通过多个窗口部分44(参见图4C)对光学应变测量系统120(参见图3A)是可见的。
如图6所示，方法160还包含沿方向109a(参见图3C)将一个或更多个压缩载荷109(参见图5)作用于试验样品80(参见图3C)的步骤172。优选经由诸如压力机102a形式的试验机102的上压盘104(参见图3C)和下压盘106(参见图3C)将一个或更多个压缩载荷109(参见图3C)作用于试验样品80(参见图3C)。
如图6所示，方法160还包含利用光学应变测量系统120(参见图3A)测量试验样品80(参见图3A)的应变数据127(参见图5)的步骤174。测量应变数据127的步骤174包含，利用两个或更多个光学装置122(参见图4A-4B)采集并扫描试验样品80(参见图4A-4B)上的多个位置152(参见图4A-4B)处的光学测量126(参见图4A-4B)。
在步骤174之后，方法160还可以包含利用数据采集系统130(参见图3A)处理应变数据127(参见图5)以确定关于试验样品80(参见图3A)的应变(诸如屈曲应变)或其他材料特性的附加信息的步骤。在应变数据127(参见图5)已经被处理之后，如果进行附加的压缩试验，则如果端部载荷元件74(参见图2A)损坏的话，端部载荷元件74可以被移除并在基座组件60(参见图2A)上被更换。此外，芯组件46(参见图2F)的任何损坏部分都可以在芯组件46(参见图2F)上被更换。
图7图示说明了具有一个或更多个诸如面板220形式的结构218的飞行器200(诸如飞机200a)的立体图，其中如在上文中详细地讨论的，可以通过本公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图5)和方法160(参见图6)的实施例对面板220进行试验并评估。如图7所示，诸如飞机200a形式的飞行器200包含机身202、机头204、驾驶室206、机翼208、一个或更多个推进单元210和包含竖直尾翼部分214和水平尾翼部分216的尾翼212。
尽管图7所示的飞机200a一般表示具有一个或更多个诸如面板220形式的结构218的商用客运飞机，但所公开的实施例的指导可以应用于其他客运飞机。例如，所公开的实施例的指导可以应用于货运飞机、军用飞机、旋翼飞机和其他类型的飞机或飞行器以及宇宙飞行器、人造卫星、航天运载器、火箭和其他宇宙飞行器。
图8图示说明了飞机制造和使用方法300的流程图。图9图示说明了本公开的飞机320的实施例的功能方框图。参照图8-9，可以在如图8所示的飞机制造和使用方法300和如图9所示的飞机320的背景下描述本公开的实施例。
在试制期间，示例性飞机制造和使用方法300可以包括飞机320的规格与设计302以及材料采购304。在制造期间，进行飞机320的部件与子组件制造306以及系统集成308。其后，飞机320可以通过认证与交付310，以便投入使用312。在由客户使用312时，飞机320被安排进行日常的维护与维修314(其还可以包括更改、重新配置、翻新以及其他合适的维修)。
可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，客户)执行或实施飞机制造和使用方法300的每个过程。为了该描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任意数量的飞机制造商和主系统转包商；第三方可以包括但不限于任意数量的售卖者、转包商和供应商；而操作者可以包括航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构以及其他合适的操作者。
如图9所示，通过示例性飞机制造和使用方法300生产的飞机320可以包括机身322以及多个系统324和内部326。多个系统324的示例可以包括一个或更多个推进系统328、电气系统330、液压系统332和环境系统334。可以包括任意数量的其它系统。尽管示出了航空示例，但是本公开的原理可以应用于其它行业，诸如汽车工业。
在本文中呈现的系统和方法可以在飞机制造和使用方法300的任意一个或更多个阶段期间使用。例如，对应于部件和子组件制造306的部件或子组件可以被类似于飞机320使用312时生产的部件或子组件的方式制作或制造。同样，例如通过大幅加快飞机320的装配或降低飞机320的成本，可以在部件与子组件制造306和系统集成308期间使用一个或更多个设备实施例、方法实施例或其组合。类似地，在飞机320使用312时可以利用一个或更多个设备实施例、方法实施例或其组合，例如但不限于被用于维护与维修314。
所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例能够以比利用某些现有试验夹具的试验更高的试验速度对诸如试验面板80a(参见图2H)形式的试验样品80(参见图2H)进行试验。这是因为试验设立与试验所需时间的减少。
例如，利用所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例可以以每天十(10)到二十(20)或更多个试验样品80的试验速度对诸如试验面板80a(参见图2H)形式的试验样品80(参见图2H)进行试验。相比之下，利用现有试验夹具10(参见图1)(例如，现有大缺口压缩试验夹具10a(参见图1))通常可以以每天仅一(1)到二(2)个试验样品面板28(参见图1)的试验速度对试验样品28(参见图1)进行试验。
另外，所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例不需要使用和安装用于试验的应变计14(参见图1)。这减少了试验所需的劳动、安装和流程时间。这又会导致试验的时间与费用的总体减少。与使用现有试验夹具10(参见图1)(例如，现有大缺口压缩试验夹具10a(参见图1))的试验的时间与费用相比，试验的时间与费用的这种减少优选可以减少到多达十(10)到二十(20)分之一。
而且，由于用于试验的设备30(参见图2A)的支撑格栅34(参见图2A)的看透结构，所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例可以与光学应变测量系统120(参见图3A、图4A)一起使用。相比之下，现有试验夹具10(参见图1)(例如，现有大缺口压缩试验夹具10a(参见图1))不能使用光学应变测量系统120(参见图3A、图4A)。这是因为现有大缺口压缩试验夹具10a的第一支撑板12a(参见图1)和第二支撑板12b(参见图1)完全遮住并阻碍对试验样品面板28(参见图1)的任何观察。
此外，所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例使用刚性且是可压碎的基座平台62(参见图2A)，并且使用安装在基座组件60(参见图2A)上的端部载荷元件74(参见图2A)。端部载荷元件74(参见图2A)可以在一个或更多个压缩试验之后被更换，并且被设计为在压缩试验期间保护基座组件60(参见图2A)。
因此，与某些现有试验夹具的基座结构相比，基座组件60被设计为经得住大量压缩试验期间的磨损与撕扯。例如，现有试验夹具10(参见图1)(诸如现有大缺口压缩试验夹具10a(参见图1))的基座部分22(参见图1)可能是很薄的，并且因而很快地在若干次压缩试验之后就被磨损。
而且，所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例使用不需要加衬垫来加强的基座平台62(参见图2A)。这会导致减少为每次试验安装衬垫的时间与费用。相比之下，例如，现有试验夹具10(诸如现有大缺口压缩试验夹具10a(参见图1))的基座部分22(参见图1)可能需要使用衬垫20(参见图1)来加强基座部分22(参见图1)。
最后，所公开的设备30(参见图2A)、系统100(参见图3A、图5)和方法160(参见图6)的实施例使用可以被用来在试验样品80(参见图2H)的压缩试验期间自均衡或自平衡载荷的一个或更多个载荷均衡装置92(参见图3B)。
本领域技术人员将想到本公开的许多改进和其他实施方式，其具有上述说明和相关附图中所呈现的教导的益处。本文所述的实施方式意指是例证性的而不是意欲限制性的或详尽的。尽管本文采用了具体的术语，但其仅以普通和描述性意义而不是为了限制目的使用。
本公开还描述了根据以下条款的实施例：
条款1.一种用于压缩试验的设备(30)，设备(30)包含：
基座组件(60)，其具有端部载荷元件(74)，端部载荷元件(74)被附接至基座组件(60)，基座组件(60)是刚性的；
支撑组件(32)，其被附接至基座组件(60)，支撑组件(32)具有多个窗口部分(44)；以及，
芯组件(46)，其被安装在支撑组件(32)内，芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件(32)和基座组件(60)免于压缩试验期间产生的破裂载荷(53)的破坏；
基座组件(60)、支撑组件(32)和芯组件(46)共同组成用于具有缺口部分(82)的试验样品(80)的压缩试验的设备(30)，设备(30)被配置为用于与光学应变测量系统(120)一起使用，其中当试验样品(80)被安装在支撑组件(32)中时，试验样品(80)和缺口部分(82)通过多个窗口部分(44)对光学应变测量系统(120)是可见的。
条款2.根据条款1所述的设备(30)，其中支撑组件(32)包含第一支撑格栅(34a)，其被配置为用于附接到第二支撑格栅(34b)，芯组件(46)和试验样品(80)被安装在第一支撑格栅(34a)与第二支撑格栅(34b)之间。
条款3.根据条款2所述的设备(30)，其中第一支撑格栅(34a)和第二支撑格栅(34b)均包含框架部分(36)、多个竖直构件(40)和多个水平构件(42)，多个竖直构件(40)和水平构件(42)形成多个窗口部分(44)。
条款4.根据条款1所述的设备(30)，其中芯组件(46)包含多个竖直芯元件(48)，每个竖直芯元件(48)包含蜂窝夹层芯组件(47)。
条款5.根据条款1所述的设备(30)，其中芯组件(46)具有压碎区(50)，当试验样品(80)被安装在支撑组件(32)中时，压碎区(50)对应于试验样品(80)中的缺口部分(82)的位置。
条款6.根据条款1所述的设备(30)，其还包含第一夹持夹具(56a)和第二夹持夹具(56b)，第一夹持夹具(56a)被联接至基座组件(60)，并且被配置为当试验样品(80)被安装在支撑组件(32)中时保持试验样品(80)的第一端(85a)，而第二夹持夹具(56b)被附接至试验样品(80)的第二端(85b)，并且被配置为跨越试验样品(80)的第二端(85b)施加压力载荷(59)。
条款7.根据条款1所述的设备(30)，其中端部载荷元件(74)包含端部载荷磨损条(74a)，端部载荷磨损条(74a)是可移除的、可更换的，并且被配置为在压缩试验期间保护基座组件(60)。
条款8.一种用于压缩试验的系统(100)，系统(100)包含：
设备(30)，其包含：
基座组件(60)，其具有端部载荷元件(74)，端部载荷元件(74)被附接至基座组件(60)，基座组件(60)是刚性的；
支撑组件(32)，其被附接至基座组件(60)，支撑组件(32)具有多个窗口部分(44)；以及，
芯组件(46)，其被安装在支撑组件(32)内，芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件(32)和基座组件(60)免于压缩试验期间产生的破裂载荷(53)的破坏；
试验样品(80)，其具有缺口部分(82)，试验样品(80)被安装在设备(30)的支撑组件(32)中；
试验机(102)，其被配置为当带有试验样品(80)的设备(30)被安装在试验机(102)中时将一个或更多个压缩载荷(109)作用于试验样品(80)；
试验机控制器(110)，其被联接至试验机(102)，并且被配置为控制试验机(102)的运行；
光学应变测量系统(120)，其关于安装在试验机(102)中的带有试验样品(80)的设备(30)被设置，以便试验样品(80)和缺口部分(82)通过多个窗口部分(44)对光学应变测量系统(120)是可见的；以及，
数据采集系统(130)，其被联接至光学应变测量系统(120)，
设备(30)、试验样品(80)、试验机(102)、试验机控制器(110)、光学应变测量系统(120)和数据采集系统(130)共同组成用于试验样品(80)的压缩试验的系统(100)。
条款9.根据条款8所述的系统(100)，其还包含一个或更多个被联接至安装在试验机(102)中的设备(30)的载荷均衡装置(92)。
条款10.根据条款8所述的系统(100)，其中支撑组件(32)包含第一支撑格栅(34a)，其被配置为用于附接到第二支撑格栅(34b)，第一支撑格栅(34a)和第二支撑格栅(34b)均包含框架部分(36)、多个竖直构件(40)和多个水平构件(42)，多个竖直构件(40)和水平构件(42)形成多个窗口部分(44)。
条款11.根据条款8所述的系统(100)，其中芯组件(46)具有压碎区(50)，当试验样品(80)被安装在设备(30)的支撑组件(32)中时，压碎区(50)对应于试验样品(80)中的缺口部分(82)的位置(84)。
条款12.根据条款8所述的系统(100)，其中试验样品(80)包含飞机(200a)的试验面板(80a)。
条款13.根据条款8所述的系统(100)，其中试验样品(80)的缺口部分(82)垂直于由试验机(102)作用于试验样品(80)的一个或更多个压缩载荷(109)的方向(109a)。
条款14.根据条款8所述的系统(100)，其中光学应变测量系统(120)包含两个或更多个光学装置(122)，其被配置为采集并扫描试验样品(80)上的多个位置(152)处的光学测量(126)。
条款15.根据条款8所述的系统(100)，其还包含被联接至试验机控制器(110)的第一处理单元(114a)和数据采集系统(130)的第二处理单元(114b)，第二处理单元(114b)被联接至数据采集系统(130)的光学应变测量系统控制器(132)。
条款16.一种用于压缩试验的方法(160)，方法(160)包含以下步骤：
形成用于试验样品(80)的压缩试验的设备(30)，设备(30)包含：
基座组件(60)，其具有端部载荷元件(74)，端部载荷元件(74)被附接至基座组件(60)，基座组件(60)是刚性的；
支撑组件(32)，其被附接至基座组件(60)，支撑组件(32)具有多个窗口部分(44)；以及，
芯组件(46)，其被安装在支撑组件(32)内，芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为保护支撑组件(32)和基座组件(60)免于压缩试验期间产生的破裂载荷(53)的破坏；
形成试验样品(80)中的缺口部分(82)；
将试验样品(80)安装在支撑组件(32)内并邻近芯组件(46)；
将设备(30)安装在用于压缩试验的试验机(102)中；
关于设备(30)设置光学应变测量系统(120)，以便试验样品(80)和缺口部分(82)通过多个窗口部分(44)对光学应变测量系统(120)是可见的；
将一个或更多个压缩载荷(109)作用于试验样品(80)；以及，
利用光学应变测量系统(120)测量试验样品(80)的应变数据(127)。
条款17.根据条款16所述的方法(160)，在应变数据测量步骤之后，方法(160)还包含利用数据采集系统(130)处理应变数据(127)的步骤。
条款18.根据条款17所述的方法(160)，在处理应变数据(127)的步骤之后，方法(160)还包含如果损坏则更换端部载荷元件(74)以及更换芯组件(46)的任何损坏部分的步骤。
条款19.根据条款16所述的方法(160)，其中将设备(30)安装在试验机(102)中的步骤包含，将一个或更多个载荷均衡装置(92)联接至设备(30)。
条款20.根据条款16所述的方法(160)，其中应变数据测量步骤包含利用两个或更多个光学装置(122)采集并扫描试验样品(80)上的多个位置(152)处的光学测量(126)。
Claims (16)
1.一种用于试验样品(80)的压缩试验的设备(30)，该试验样品(80)具有缺口部分(82)，所述设备(30)被配置为与光学应变测量系统一起使用，所述设备(30)包含：
基座组件(60)，其具有端部载荷元件(74)，所述端部载荷元件(74)被附接至所述基座组件(60)，所述基座组件(60)是刚性的；
支撑组件(32)，其被附接至所述基座组件(60)，所述支撑组件(32)具有多个窗口部分(44)；以及，
芯组件(46)，其被安装在所述支撑组件(32)内，所述芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为在压缩试验期间当位于邻近所述芯组件(46)的所述试验样品(80)破裂或断裂时保护所述支撑组件(32)和所述基座组件(60)免于由所述试验样品(80)产生的破裂载荷(53)的破坏；
其中当所述试验样品(80)被安装在所述支撑组件(32)中时，所述试验样品(80)和所述缺口部分(82)通过所述多个窗口部分(44)对所述光学应变测量系统(120)而言是可见的。
2.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述支撑组件(32)包含第一支撑格栅(34a)，其被配置为用于附接到第二支撑格栅(34b)，所述芯组件(46)和所述试验样品(80)被安装在所述第一支撑格栅(34a)与所述第二支撑格栅(34b)之间。
3.根据权利要求2所述的设备(30)，其中所述第一支撑格栅(34a)和所述第二支撑格栅(34b)均包含框架部分(36)、多个竖直构件(40)和多个水平构件(42)，所述多个竖直构件(40)和水平构件(42)形成所述多个窗口部分(44)。
4.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述芯组件(46)包含多个竖直芯元件(48)，每个竖直芯元件(48)包含蜂窝夹层芯组件(47)。
5.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述芯组件(46)具有压碎区(50)，当所述试验样品(80)被安装在所述支撑组件(32)中时，所述压碎区(50)对应于所述试验样品(80)中的所述缺口部分(82)的位置。
6.根据权利要求1所述的设备(30)，其还包含第一夹持夹具(56a)和第二夹持夹具(56b)，所述第一夹持夹具(56a)被联接至所述基座组件(60)，并且被配置为当所述试验样品(80)被安装在所述支撑组件(32)中时保持所述试验样品(80)的第一端(85a)，而所述第二夹持夹具(56b)被附接至所述试验样品(80)的第二端(85b)，并且被配置为跨越所述试验样品(80)的所述第二端(85b)施加压力载荷(59)。
7.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述端部载荷元件(74)包含端部载荷磨损条(74a)，所述端部载荷磨损条(74a)是可移除的、可更换的，并且被配置为在压缩试验期间保护所述基座组件(60)。
8.一种用于试验样品的压缩试验的系统，该试验样品具有缺口部分，所述系统(100)包含：
设备(30)，其包含：
基座组件(60)，其具有端部载荷元件(74)，所述端部载荷元件(74)被附接至所述基座组件(60)，所述基座组件(60)是刚性的；
支撑组件(32)，其被附接至所述基座组件(60)，所述支撑组件(32)具有多个窗口部分(44)；以及，
芯组件(46)，其被安装在所述支撑组件(32)内，所述芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为在压缩试验期间当位于邻近所述芯组件(46)的所述试验样品(80)破裂或断裂时保护所述支撑组件(32)和所述基座组件(60)免于由所述试验样品(80)产生的破裂载荷(53)的破坏；
所述试验样品被安装在所述设备的所述支撑组件内；
试验机(102)，其被配置为当带有所述试验样品(80)的所述设备(30)被安装在所述试验机(102)中时将一个或更多个压缩载荷(109)作用于所述试验样品(80)；
试验机控制器(110)，其被联接至所述试验机(102)，并且被配置为控制所述试验机(102)的运行；
光学应变测量系统(120)，其相对于将所述试验样品(80)安装在所述试验机(102)内的所述设备(30)被定位，以致所述试验样品(80)和所述缺口部分(82)通过所述多个窗口部分(44)对所述光学应变测量系统(120)而言是可见的；以及
数据采集系统(130)，其被联接至所述光学应变测量系统(120)。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，其还包含被联接至安装在所述试验机(102)中的所述设备(30)的一个或更多个载荷均衡装置(92)。
10.根据权利要求8所述的系统(100)，其中所述支撑组件(32)包含第一支撑格栅(34a)，其被配置为用于附接到第二支撑格栅(34b)，所述第一支撑格栅(34a)和所述第二支撑格栅(34b)均包含框架部分(36)、多个竖直构件(40)和多个水平构件(42)，所述多个竖直构件(40)和水平构件(42)形成所述多个窗口部分(44)。
11.根据权利要求8所述的系统(100)，其中所述芯组件(46)具有压碎区(50)，当所述试验样品(80)被安装在所述设备(30)的所述支撑组件(32)中时，所述压碎区(50)对应于所述试验样品(80)中的所述缺口部分(82)的位置(84)。
12.一种用于试验样品(80)的压缩试验的方法(160)，该试验样品(80)具有缺口部分(82)，所述方法(160)包含以下步骤：
形成用于试验样品(80)的压缩试验的设备(30)，所述设备(30)包含：
基座组件(60)，其具有端部载荷元件(74)，所述端部载荷元件(74)被附接至所述基座组件(60)，所述基座组件(60)是刚性的；
支撑组件(32)，其被附接至所述基座组件(60)，所述支撑组件(32)具有多个窗口部分(44)；以及，
芯组件(46)，其被安装在所述支撑组件(32)内，所述芯组件(46)是可压碎的，并且被配置为在压缩试验期间当位于邻近所述芯组件(46)的所述试验样品(80)破裂或断裂时保护所述支撑组件(32)和所述基座组件(60)免于由所述试验样品(80)产生的破裂载荷(53)的破坏；
形成试验样品(80)中的缺口部分(82)；
将所述试验样品(80)安装在所述支撑组件(32)内并邻近所述芯组件(46)；
将所述设备(30)安装在用于压缩试验的试验机(102)中；
关于所述设备(30)设置光学应变测量系统(120)，以便所述试验样品(80)和所述缺口部分(82)通过所述多个窗口部分(44)对所述光学应变测量系统(120)而言是可见的；
将一个或更多个压缩载荷(109)作用于所述试验样品(80)；以及，
利用所述光学应变测量系统(120)测量所述试验样品(80)的应变数据(127)。
13.根据权利要求12所述的方法(160)，进一步包括在所述应变数据测量步骤之后利用数据采集系统(130)处理所述应变数据(127)的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法(160)，进一步包括在处理所述应变数据(127)的步骤之后如果损坏则更换所述端部载荷元件(74)以及更换所述芯组件(46)的任何损坏部分的步骤。
15.根据权利要求12所述的方法(160)，其中将所述设备(30)安装在所述试验机(102)中的步骤包含，将一个或更多个载荷均衡装置(92)联接至所述设备(30)。
16.根据权利要求12所述的方法(160)，其中所述应变数据测量步骤包含利用两个或更多个光学装置(122)采集并扫描所述试验样品(80)上的多个位置(152)处的光学测量(126)。
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