CN105043899B - 一种飞机大型壁板剪切加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞机大型机身壁板的剪切载荷加载技术领域,具体而言涉及一种飞机大型壁板剪切加载装置,包括壁板试验件(400)及安装于壁板试验件(400)上的耳片、第一直边剪切加载组件(100)与第二直边剪切加载组件(600)设置于一曲边剪切加载组件(300)两侧并关于曲边剪切加载组件(300)对称，分别通过第一二力杆组件(200)与第二二力杆组件(500)与曲边剪切加载组件(300)连接。第一二力杆组件(200)与第二二力杆组件(500)由多个二力杆构成。采用本发明提供的飞机大型壁板剪加载装置进行试验，简化了加载装置的规模，获得更好地均匀性，曲边剪切组件的主体框架采用多段对接的方式构成，更换很少的部件即可适用不同尺寸的试验件，为在研机型提供技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及飞机大型机身壁板的剪切载荷加载技术领域，具体而言涉及一种飞机大型壁板剪切加载装置。
背景技术
机身壁板结构是飞机机身结构中非常典型又非常重要的结构形式，受力复杂，包括拉伸/压缩、剪切、弯曲及气密等载荷。机身壁板强度试验是飞机机身设计的重要依据，其中剪切载荷加载技术是试验验证技术中的关键技术之一，目前，壁板剪切载荷的施加方法主要有两种，一是采用在试验件端部施加扭转载荷的方式给壁板施加剪切载荷，二是直接在壁板自由边上施加剪切载荷。
针对上述剪切载荷的施加方法,美国波音公司公开了一种用于曲板组合件的试验装置E-fixture(图8)，该装置可以实现轴向拉/压、扭转、内压联合加载试验，该套装置对壁板端部施加扭转载荷，从而对壁板施加剪切载荷。由于壁板试件的边界条件的影响，试件获得均匀的纯剪切区域较小，E-fixture装置是在壁板的周边施加剪切载荷，但载荷的作用点均是合力点，对于剪切均匀性有很大影响。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理的飞机大型壁板剪切加载装置。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种飞机大型壁板剪切加载装置，包括第一直边加载组件、第二直边加载组件、曲边加载组件，壁板试验件，第一二力杆组件、第二二力杆组件，其中，第一直边加载组件与第二直边加载组件结构相同且反对称设置于曲边加载组件加载框架的两侧，第一直边加载组件通过第一二力杆组件与曲边加载组件连接，第二直边加载组件通过第二二力杆组件与曲边加载组件连接，壁板试验件两曲边均设置有上角形件、下角形件通过螺栓对壁板试验件进行固定，曲边加载组件的第一双耳及杠杆通过第二轴销分别连接上角形件的第一合力点以及第二合力点，壁板试验件的两直边上设置有相同数量的耳片，第一直边加载组件、第二直边加载组件通过壁板试验件上的耳片与壁板试验件连接。
优选的是，所述第一二力杆组件与所述第二二力杆组件分别由相同数量的二力杆构成，用于第一直边加载组件、第二直边加载组件与曲边加载组件的连接。
上述任一方案中优选的是，第一直边加载组件包括第一竖梁、第二竖梁、第一横梁、第二横梁，其中，第一竖梁、第二竖梁平行设置并与第一横梁、第二横梁构成矩形框架，第一横梁、第二横梁之间垂直于第一横梁均匀设置多个二力杆增加框架的刚度，第一横梁、第二横梁之间垂直于第一横梁均匀设置多套均载器加载组件。
上述任一方案中优选的是，均载器加载组件包括底座、均载器、双头螺柱、第一力传感器、第一双耳接头、曲杠杆、第一轴销、第二双耳、第二双耳接头，其中底座通过螺栓固定于第一横梁上，均载器上端通过第三轴销与底座连接、下端通过双头螺柱连接第一力传感器，第一力传感器通过第一双耳接头连接曲杠杆一端，曲杠杆的中部设置有轴孔并通过第一轴销将曲杠杆固定于第二横梁上，曲杠杆另一端设置有第二双耳接头连接第二双耳，第二双耳通过第四轴销连接壁板试验件直边上的耳片。
上述任一方案中优选的是，所述曲边加载组件包括第一长直梁、第二长直梁、第一短直梁、第二短直梁、第一角梁、第二角梁、第三角梁、第四角梁，其中，第一长直梁、第二长直梁相互平行与第一短直梁、第二短直梁通过第一角梁、第二角梁、第三角梁、第四角梁螺栓固定连接构成矩形框架，框架与第一直边加载组件、第二直边加载组件相配合的第一长直梁、第二长直梁上设置有连接头用于连接第一二力杆组件、第二二力杆组件的二力杆的接头。
上述任一方案中优选的是，杠杆通过第五轴销固定在第二短直梁的中部，杠杆一端连接第二合力点，另一端连接设置于第二短直梁上的第二力传感器，第二力传感器通过一第三双耳连接固定在第二短直梁上的底座。
本发明所提供的飞机大型壁板剪切加载装置的有益效果在于：采用整体自平衡框架的结构形式，对壁板试验件施加剪切载荷时，自由边的剪应力满足剪切互等定理，其它载荷形式加载装置互不干涉，简化了加载装置的规模，获得更好地均匀性，曲边剪切组件的主体框架采用多段对接的方式构成，更换很少的部件即可适用不同尺寸的试验件，为在研机型提供技术保障。
附图说明
图1是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的一优选实施例的结构示意图；
图2是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的图1所示实施例的直边剪切加载组件的结构示意图；
图3是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的图1所示实施例的直边剪切组件的主体框架的结构示意图；
图4是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的图1所示实施例的直边剪切组件的均载器加载组件的结构示意图；
图5是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的图1所示实施例的曲边剪切加载组件的结构示意图；
图6是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的图1所示实施例的壁板试验件受力示意图；
图7是按照本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的图1所示实施例的壁板试验件安装示意图；
图8是美国波音公司公开的一种用于曲板组合件的试验装置E-fixture的结构示意图。
附图标记：
100-第一直边剪切加载组件、101-第一竖梁、102-第一横梁、103-底座、104-均载器、105-双头螺柱、106-第一力传感器、107-第一双耳接头、108-曲杠杆、109-二力杆、110-第一轴销、111-第二横梁、112-第二竖梁、113-第二耳片、114-第二双耳接头；200-第一二力杆组件；300-曲边剪切加载组件、301A-第一角梁、301B-第二角梁、301C-第三角梁、301D-第四角梁、302A-第一短直梁、302B-第二短直梁、303-第一双耳、306A-第一长直梁、306B-第二长直梁、309-杠杆；400-壁板试验件、401-第一角形合力点、414-第二角形合力点、500-第二二力杆组件、600-第二直边剪切加载组件。
具体实施方式
为了更好地理解按照本发明方案的飞机大型壁板剪切加载装置，下面结合附图对本发明的飞机大型壁板剪切加载装置的一优选实施例作进一步阐述说明。
参照图1-图7,本发明提供的飞机大型壁板剪切加载装置包括第一直边加载组件100、第二直边加载组件600、曲边加载组件300，壁板试验件400，第一二力杆组件200、第二二力杆组件500，其中，第一直边加载组件100与第二直边加载组件600结构相同且反对称设置于曲边加载组件300加载框架的两侧，第一直边加载组件100通过第一二力杆组件200与曲边加载组件300连接，第二直边加载组件600通过第二二力杆组件(500)与曲边加载组件300连接，壁板试验件400两曲边分别设置有上角形件、下角形件通过螺栓对壁板试验件400进行固定，曲边加载组件300的第一双耳303及杠杆309通过第二轴销分别连接上角形件的第一合力点401以及第二合力点414，壁板试验件400的两直边上设置有相同数量的耳片，第一直边加载组件100、第二直边加载组件600通过壁板试验件400上的耳片与壁板试验件400连接。所述第一二力杆组件200与所述第二二力杆组件500分别由相同数量的二力杆构成，用于第一直边加载组件100、第二直边加载组件600与曲边加载组件300的连接。
第一直边加载组件100包括第一竖梁101、第二竖梁112、第一横梁102、第二横梁111，其中，第一竖梁101、第二竖梁112平行设置并与第一横梁(102)、第二横梁111构成矩形框架，第一横梁102、第二横梁111之间垂直于第一横梁102均匀设置多个二力杆109增加框架的刚度，第一横梁102、第二横梁111之间垂直于第一横梁102均匀设置多套均载器加载组件。均载器加载组件包括底座103、均载器104、双头螺柱105、第一力传感器106、第一双耳接头107、曲杠杆108、第一轴销110、第二双耳113、第二双耳接头114，其中底座103通过螺栓固定于第一横梁102上，均载器104上端通过第三轴销与底座103连接、下端通过双头螺柱105连接第一力传感器106，第一力传感器106通过第一双耳接头107连接曲杠杆108一端，曲杠杆108的中部设置有轴孔并通过第一轴销110将曲杠杆108固定于第二横梁111上，曲杠杆108另一端设置有第二双耳接头114连接第二双耳113，第二双耳113通过第四轴销连接壁板试验件400直边上的耳片。
所述曲边加载组件300包括第一长直梁306A、第二长直梁306B、第一短直梁302A、第二短直梁302B、第一角梁301A、第二角梁(301B)、第三角梁301C、第四角梁301D，其中，第一长直梁306A、第二长直梁306B相互平行与第一短直梁302A、第二短直梁302B通过第一角梁301A、第二角梁301B、第三角梁301C、第四角梁301D螺栓固定连接构成矩形框架，框架与第一直边加载组件100、第二直边加载组件600相配合的第一长直梁306A、第二长直梁306B上设置有连接头用于连接第一二力杆组件200、第二二力杆组件500的二力杆的接头。杠杆309通过第五轴销固定在第二短直梁302B的中部，杠杆309一端连接第二合力点414，另一端连接设置于第二短直梁302B上的第二力传感器310，第二力传感器310通过一第三双耳连接固定在第二短直梁302B上的底座。
在具体使用过程中，壁板试验件400的每个直边均布了8对耳片(如图7所示)，耳片编号404-411、415-422，耳片通过多排螺栓与壁板试验件400直边连接。通过耳片对壁板试验件400直边的16个加载位置施加剪切载荷，每个加载位置的载荷大小相等，两直边的载荷方向相反，从而在壁板试验件400两直边形成大小相等方向相反的剪流。
壁板试验件400曲边端部连接有上角形件402、412及下角形件403、413，角形件与壁板试验件400采用螺栓连接，对角形件的合力点401及414施加平行于壁板试验件400端面的载荷，并且两合力点的载荷大小相等、方向相反，从而对壁板试验件400的端部连接区域施加剪切载荷。二力杆组件200及500中均包括6个二力杆，直边剪切加载组件组件100通过二力杆组件200及500与曲边剪切加载组件300连为一体，形成整体框架。壁板试验件400直边剪切加载组件100和600结构相同，为反对称组件，分别给机身壁板试验件400两直边施加大小相等方向相反的剪力。
直边剪切加载组件100的主体框架由竖梁101、112及横梁102、111构成，在横梁102与111间布置6个二力杆109以增加框架刚度。
在主体框架上布置8套相同的均载器加载组件，其包括底座103、均载器104、双头螺柱105、第一力传感器106、第一双耳接头107、曲杠杆108、第一轴销110、第二耳片113及第二双耳接头114。
对于普通作动筒，每个作动筒均需配备相应的油路等，壁板试验件400上方的空间有限，而多个均载器则可以共用一路油源，因此使用均载器作为加载设备可以大大简化油路，降低装置的规模。
底座103采用螺栓连接固定到横梁102上。均载器104的作用为施加拉伸载荷。双头螺柱105两端的螺纹分别为左旋螺纹和右旋螺纹，其作用在于调节间隙便于安装。第一力传感器106监测均载器104施加的载荷。曲杠杆108通过第一轴销110将其固定在横梁111上，第一轴销110上装有关节轴承，曲杠杆108可绕第一轴销110转动，通过曲杠杆108巧妙地将均载器104施加的垂直向上的载荷转变为水平方向的载荷。曲杠杆108两端的连接孔至中心孔的距离相等，即曲杠杆108是力臂为1:1的曲杠杆，故曲杠杆两端的连接孔处的载荷大小是相等的。均载器加载组件通过第二耳片113与壁板试验件400直边的耳片一一对应连接，最终通过第二耳片113将均载器104施加的载荷传递至壁板试验件400直边的耳片上，从而对壁板试验件400直边施加剪切载荷。
曲边剪切加载组件，其主框架由4个角梁301、2个短直梁302、2个长直梁306构成。梁之间对接处均采用螺栓连接，主框架采用多段梁进行对接的结构形式，目的在于更换较少的零件即可满足不同尺寸的试件。接头304、305及307均采用螺栓连接固定在主框架上，主框架通过接头304A、304B、305A、305B及307A与二力杆组件500中的二力杆109连接，通过接头304C、304D、305C、305D及307B与二力杆组件200中的二力杆109连接，从而将直边剪切加载组件上的载荷传递至曲边剪切加载组300件上。
曲边剪切加载组件中的第一双耳303、杠杆309分别与上角形件合力点401和合力点114采用轴销连接，并设有关节轴承以增加转动的灵活性。
309为1:1的杠杆，其中心点通过第五轴销固定在短直梁302B上，故其两端部连接处的载荷大小相等，方向相反。
为了监控杠杆309两端连接处的载荷，设置了力传感器310。力传感器310通过双耳接头308A与杠杆309的上端连接以测量该连接处的载荷值，力传感器310另一端通过双耳接头308B与固定在角梁301C上的底座311连接。
壁板试验件400直边剪切加载组件100和600结构相同，两者反对称分布在壁板试验件400两直边。直边剪切加载组件100由竖梁101、112及横梁102、111构成直边剪切加载组件的主体框架，在横梁间之间布置6个二力杆109以保证主体框架的刚度。
在主体框架上布置8套相同的均载器加载组件。每套均载器加载组件包括底座103、均载器104、双头螺柱105、第一力传感器106、第一双耳接头107、曲杠杆108、第一轴销110、第二耳片113及第二双耳接头114。
对于普通作动筒，每个作动筒均需配备相应的油路等，壁板试验件400上方的空间有限，而多个均载器则可以共用一路油源，因此使用均载器作为加载设备可以大大简化油路，降低装置的规模。
底座103采用螺栓连接固定到横梁102上。均载器104的作用为施加拉伸载荷。双头螺柱105两端的螺纹分别为左旋螺纹和右旋螺纹，其作用在于调节间隙便于安装。第一力传感器106监测均载器104施加的载荷。曲杠杆108通过第一轴销110将其固定在横梁111上，第一轴销110上装有关节轴承，曲杠杆108可绕第一轴销110转动，通过曲杠杆108巧妙地将均载器104施加的垂直向上的载荷转变为水平方向的载荷。曲杠杆两端的连接孔至中心孔的距离相等，即曲杠杆108是力臂为1:1的曲杠杆，故曲杠杆两端的连接孔处的载荷大小是相等的。均载器加载组件通过第二双耳113与壁板试验件400直边的耳片一一对应连接，最终通过第二双耳113将均载器104施加的载荷传递至壁板试验件400直边的耳片上，从而对壁板试验件400直边施加面内剪切载荷。
曲边剪切加载组件主框架构形为四边形，由梁结构构成，4个角梁301、2个短直梁302、2个长直梁306构成，梁之间对接处均采用螺栓连接，主框架采用多段梁进行对接的结构形式，目的在于更换较少的零件即可满足不同尺寸的试件。
接头304、305及307均采用螺栓连接固定在主框架上，主框架通过接头304A、304B、305A、305B及307A与二力杆组件500中的6个二力杆连接，通过接头304C、304D、305C、305D及307B与二力杆组件200中的6个二力杆连接，从而将直边剪切加载组件上的载荷传递至曲边剪切加载组件上。
曲边剪切加载组件中的第一双耳303、杠杆309分别与上角形件合力点401和合力点414采用轴销连接，并设有关节轴承以增加转动的灵活性。
为了监控杠杆309两端连接处的载荷，设置了力传感器310。力传感器310通过双耳接头308A与杠杆309的上端连接以测量该连接处的载荷值，力传感器310另一端通过双耳接头308B与固定在角梁301C上的底座311连接。
以上结合本发明的飞机大型壁板剪加载装置具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，例如发明提供的飞机大型壁板剪加载装置壁板试验件400上的耳片的数量等，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的飞机大型壁板剪加载装置技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。
Claims (6)
1.一种飞机大型壁板剪切加载装置，其特征在于：包括第一直边加载组件(100)、第二直边加载组件(600)、曲边加载组件(300)，壁板试验件(400)，第一二力杆组件(200)、第二二力杆组件(500)，其中，第一直边加载组件(100)与第二直边加载组件(600)结构相同且反对称设置于曲边加载组件(300)加载框架的两侧，第一直边加载组件(100)通过第一二力杆组件(200)与曲边加载组件(300)连接，第二直边加载组件(600)通过第二二力杆组件(500)与曲边加载组件(300)连接，壁板试验件(400)两曲边均设置有上角形件、下角形件通过螺栓对壁板试验件(400)进行固定，曲边加载组件(300)的第一双耳(303)及杠杆(309)通过第二轴销分别连接上角形件的第一合力点(401)以及第二合力点(414)，壁板试验件(400)的两直边上设置有相同数量的耳片，第一直边加载组件(100)、第二直边加载组件(600)通过壁板试验件(400)上的耳片与壁板试验件(400)连接。
2.如权利要求1所述的飞机大型壁板剪切加载装置，其特征在于：所述第一二力杆组件(200)与所述第二二力杆组件(500)分别由相同数量的二力杆构成，用于第一直边加载组件(100)、第二直边加载组件(600)与曲边加载组件(300)的连接。
3.如权利要求1所述的飞机大型壁板剪切加载装置，其特征在于：第一直边加载组件(100)包括第一竖梁(101)、第二竖梁(112)、第一横梁(102)、第二横梁(111)，其中，第一竖梁(101)、第二竖梁(112)平行设置并与第一横梁(102)、第二横梁(111)构成矩形框架，第一横梁(102)、第二横梁(111)之间垂直于第一横梁(102)均匀设置多个二力杆(109)增加框架的刚度，第一横梁(102)、第二横梁(111)之间垂直于第一横梁(102)均匀设置多套均载器加载组件。
4.如权利要求3所述的飞机大型壁板剪切加载装置，其特征在于：均载器加载组件包括底座(103)、均载器(104)、双头螺柱(105)、第一力传感器(106)、第一双耳接头(107)、曲杠杆(108)、第一轴销(110)、第二双耳(113)、第二双耳接头(114)，其中底座(103)通过螺栓固定于第一横梁(102)上，均载器(104)上端通过第三轴销与底座(103)连接、下端通过双头螺柱(105)连接第一力传感器(106)，第一力传感器(106)通过第一双耳接头(107)连接曲杠杆(108)一端，曲杠杆(108)的中部设置有轴孔并通过第一轴销(110)将曲杠杆(108)固定于第二横梁(111)上，曲杠杆(108)另一端设置有第二双耳接头(114)连接第二双耳(113)，第二双耳(113)通过第四轴销连接壁板试验件(400)直边上的耳片。
5.如权利要求1所述的飞机大型壁板剪切加载装置，其特征在于：所述曲边加载组件(300)包括第一长直梁(306A)、第二长直梁(306B)、第一短直梁(302A)、第二短直梁(302B)、第一角梁(301A)、第二角梁(301B)、第三角梁(301C)、第四角梁(301D)，其中，第一长直梁(306A)、第二长直梁(306B)相互平行与第一短直梁(302A)、第二短直梁(302B)通过第一角梁(301A)、第二角梁(301B)、第三角梁(301C)、第四角梁(301D)螺栓固定连接构成矩形框架，框架与第一直边加载组件(100)、第二直边加载组件(600)相配合的第一长直梁(306A)、第二长直梁(306B)上设置有连接头用于连接第一二力杆组件(200)、第二二力杆组件(500)的二力杆的接头。
6.如权利要求5所述的飞机大型壁板剪切加载装置，其特征在于：杠杆(309)通过第五轴销固定在第二短直梁(302B)的中部，杠杆(309)一端连接第二合力点(414)，另一端连接设置于第二短直梁(302B)上的第二力传感器(310)，第二力传感器(310)通过一第三双耳连接固定在第二短直梁(302B)上的底座。
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