CN104316409B - 适形局部高均布外压随动施载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适形局部高均布外压随动施载装置，包括横梁、竖梁、适形外压加载组合体、拉杆系统、反力横梁、左支撑块、右支撑块、试验平台、支撑柱和弧形承力工装；两个横梁、两个竖梁、两个反力横梁、四套拉杆系统与壳体一起构成外压加载腔体的自平衡反力系统；两个右支撑块放置在试验平台上，两个弧形承力工装分别与两个反力横梁内侧面螺接；两个横梁和两个反力横梁之间通过四套平行的拉杆系统螺接限位固定。本发明克服依靠皮囊自身变形不足补偿口盖在高局部外压下大变形难点，实现了口盖局部较高均布外压载荷的施加，确保了在壳体整体试验件局部外压试验中一次性成功，为经后类似局部外压试验装置设计提供了重要参考。

Description

适形局部高均布外压随动施载装置
技术领域
本发明属于结构静力试验载荷施加技术，具体涉及一种适形局部高均布外压随动施载装置。
背景技术
局部外压加载技术是结构静力试验载荷施加技术领域中一个重要研究发展方向。某壳体整体试验件局部外压试验要获得在真实边界条件下，局部受外压载荷过程中口盖、削弱槽及其它局部位置处的受力变形及局部极限外压承载能力，以便进一步与理论分析对比，为该壳体故障定位提供可靠依据。因此，急需局部高均布外压加载技术。
传统的局部外压试验装置一般只包含外压承力工装和施载皮囊，其中外压承力工装固定不动，其变形补偿能力有限。面对局部高均布压力加载难题，鉴于传统的局部外压试验装置的变形补偿已经无法满足试验任务要求，国内外无经验或相关资料可借鉴，而能否安全、优质、高效的开展并成功获得关键有效试验数据，局部外压加载技术是关键。口盖在局部大外压(1.2-1.5MPa)作用下，等效集中力超过50t，口盖中心位置处的变形按仿真计算预测将达到20多毫米，口盖四周支撑刚度差异较大，结合过往的经验，如此大的变形仅仅依靠常规皮囊自身的变形补偿是远远不够的。当外压加载装置变形补偿不足时，一方面使加压范围缩小，造成与技术要求载荷偏差过大；另一方面施载皮囊会从外压承力工装与试验件贴合部位的较大变形缝隙中挤出破裂，造成试验加压失败。
发明内容
本发明的目的是克服传统的局部外压试验装置的变形补偿能力不足，实现口盖局部较高均布外压载荷的施加。
为了实现上述目的，本发明提供了一种适形局部高均布外压随动施载装置，实施效果良好，具体技术方案如下：包括横梁、竖梁、适形外压加载组合体、拉杆系统、反力横梁、左支撑块、右支撑块、试验平台、支撑柱和弧形承力工装；其中，两个横梁、两个竖梁、两个反力横梁、四套拉杆系统与壳体一起构成外压加载腔体的自平衡反力系统；两个横梁与两个竖梁螺接，构成井字梁结构，两个竖梁的中部外侧与适形外压加载组合体螺接；两个左支撑块放置在试验平台上，两个竖梁分别支撑在两个左支撑块上，同时保证适形外压加载组合体的右侧弧形表面与壳体口盖完全贴合；两个右支撑块放置在试验平台上，其中一个反力横梁水平支撑在两个右支撑块上，另外一个反力横梁通过支撑柱水平支撑在反力横梁上；两个弧形承力工装分别与两个反力横梁内侧面螺接，并分别与圆柱型试验对象的下边界和上边界紧密贴合；两个横梁和两个反力横梁之间通过四套平行的拉杆系统螺接限位固定。
所述适形外压加载组合体的外部为刚性的组合体承力外壳，组合体承力外壳的左端面为封闭的平板结构，右端面为弧面状方形开口；橡胶板预先粘贴在组合体承力外壳的左端面内侧；适形施载皮囊外形轮廓和组合体承力外壳的内轮廓以及壳体口盖的外壁匹配，并从组合体承力外壳侧面两个开孔分别探出进水管嘴和测压管嘴；在组合体承力外壳、适形施载皮囊、壳体共同接触部位设置弧形橡皮环板。
所述橡胶板厚20mm，弧形橡皮环板厚30mm。
本发明通过预变形补偿和随动变形设计，克服依靠皮囊自身变形不足补偿口盖在高局部外压下大变形难点，实现了口盖局部较高均布外压载荷的施加，确保了在壳体整体试验件局部外压试验中一次性成功，为经后类似局部外压试验装置设计提供了重要参考。
附图说明
图1为试验对象结构示意图
图2为本发明的立体示意图。
图3为本发明的正向剖视图。
图4为本发明的俯向剖视图。
图5为适形施载皮囊的局部结构示意图。
图中，1-壳体口盖，2-下过渡段，3-下边界，4-壳体，5-上边界，6-上过渡段，7-横梁，8-竖梁，9-适形外压加载组合体，10-拉杆系统，11-反力横梁，12-左支撑块，13-试验平台，14-右支撑块，15-支撑柱，16-橡胶板，17-适形施载皮囊，18-弧形橡皮环板，19-弧形承力工装，20-组合体承力外壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
圆柱型试验对象从下到上依次包括下边界3、壳体4、上边界5，如图1所示，下过渡段2通过螺栓连接固定在试验平台13上，下过渡段2向上依次通过螺栓连接下边界3、壳体4、上边界5和上过度段6；壳体4上设置有壳体口盖1，作为试验加载的对象，如图1～图4所示。
该适形局部高均布外压随动施载装置，实施效果良好，具体技术方案如下：包括横梁7、竖梁8、适形外压加载组合体9、拉杆系统10、反力横梁11、左支撑块12、右支撑块14、试验平台13、支撑柱15和弧形承力工装19；其中，两个横梁7、两个竖梁8、两个反力横梁11、四套拉杆系统10与壳体4一起构成外压加载腔体的自平衡反力系统，该系统可在左支撑块12、右支撑块14和支撑柱15上平动，使适形外压加载组合体9跟随壳体4整体移动，进一步保证适形外压加载组合体9与壳体口盖1间的贴合；两个横梁7与两个竖梁8螺接，构成井字梁结构，两个竖梁8的中部外侧与适形外压加载组合体9螺接；两个左支撑块12放置在试验平台13上，两个竖梁8分别支撑在两个左支撑块12上，同时保证适形外压加载组合体9的右侧弧形表面与壳体口盖1完全贴合；两个右支撑块14放置在试验平台13上，其中一个反力横梁11水平支撑在两个右支撑块14上，另外一个反力横梁11通过支撑柱15水平支撑在反力横梁11上；两个弧形承力工装19分别与两个反力横梁11内侧面螺接，并分别与圆柱型试验对象的下边界3和上边界5紧密贴合；两个横梁7和两个反力横梁11之间通过四套平行的拉杆系统10螺接限位固定。
所述适形外压加载组合体9如图5所示，其外部为刚性的组合体承力外壳20，组合体承力外壳20的左端面为封闭的平板结构，右端面为弧面状方形开口；橡胶板16预先粘贴在组合体承力外壳20的左端面内侧，厚达20mm，用以调整适形施载皮囊17的预变形补偿；适形施载皮囊17外形轮廓和组合体承力外壳20的内轮廓以及壳体口盖1的外壁匹配，并从组合体承力外壳20侧面两个开孔分别探出进水管嘴和测压管嘴；在组合体承力外壳20、适形施载皮囊17、壳体4共同接触部位设置弧形橡皮环板18；装配时先在适形施载皮囊17之上，沿组合体承力外壳20弧形贴合端内壁面预粘弧形橡皮环板18，以保证试验前安装过程中弧形橡皮环板18在自重下不脱落，又要保证试验中弧形橡皮环板18可一定程度地同壳体口盖1随动；
试验时，通过适形施载皮囊17的进水口充水压，通过适形施载皮囊17测压口监测压力值；弧形橡皮环板18厚达30mm,充水压过程中，弧形橡皮环板18同壳体口盖1随动，一定程度上保证9与1间的贴合；横梁、竖梁、反力横梁、拉杆系统及圆柱型试验对象一起构成9的自平衡反力系统，使9跟随圆柱型试验对象整体移动，进一步保证9与壳体口盖1的贴合。这样，通过橡胶板16的20mm预变形补偿和双重随动变形设计，使9与壳体口盖1间保持可靠的随动贴合，确保了适形施载皮囊17的安全使用。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种适形局部高均布外压随动施载装置，其特征在于包括横梁(7)、竖梁(8)、适形外压加载组合体(9)、拉杆系统(10)、反力横梁(11)、左支撑块(12)、右支撑块(14)、试验平台(13)、支撑柱(15)和弧形承力工装(19)；其中，两个横梁(7)、两个竖梁(8)、两个反力横梁(11)、四套拉杆系统(10)与壳体(4)一起构成外压加载腔体的自平衡反力系统；两个横梁(7)与两个竖梁(8)螺接，构成井字梁结构，两个竖梁(8)的中部外侧与适形外压加载组合体(9)螺接；两个左支撑块(12)放置在试验平台(13)上，两个竖梁(8)分别支撑在两个左支撑块(12)上，同时保证适形外压加载组合体(9)的右侧弧形表面与壳体口盖(1)完全贴合；两个右支撑块(14)放置在试验平台(13)上，其中一个反力横梁(11)水平支撑在两个右支撑块(14)上，另外一个反力横梁(11)通过支撑柱(15)水平支撑在反力横梁(11)上；两个弧形承力工装(19)分别与两个反力横梁(11)内侧面螺接，并分别与圆柱型试验对象的下边界(3)和上边界(5)紧密贴合；两个横梁(7)和两个反力横梁(11)之间通过四套平行的拉杆系统(10)螺接限位固定；适形外压加载组合体(9)的外部为刚性的组合体承力外壳(20)，组合体承力外壳(20)的左端面为封闭的平板结构，右端面为弧面状方形开口；橡胶板(16)预先粘贴在组合体承力外壳(20)的左端面内侧；适形施载皮囊(17)外形轮廓和组合体承力外壳(20)的内轮廓以及壳体口盖(1)的外壁匹配，并从组合体承力外壳(20)侧面两个开孔分别探出进水管嘴和测压管嘴；在组合体承力外壳(20)、适形施载皮囊(17)、壳体(4)共同接触部位设置弧形橡皮环板(18)。
2.如权利要求1所述的一种适形局部高均布外压随动施载装置，其特征在于橡胶板(16)厚20mm，弧形橡皮环板(18)厚30mm。
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