CN105179404A - 大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于应变试验技术领域，具体涉及一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置。包括：上盖板(1)、压板(2)、磁铁(3)、上加压块(4)、两个高温橡皮(5)、下加压块(6)、把手(7)；其中，上加压块(4)为中空的铝盒结构，下侧密封且中间具有凹陷，上侧开放，使用压板(2)和上盖板(1)盖住；在铝盒中，在凹陷位置的两侧，设置有两块磁铁(3)；下加压块(6)为铁块结构，上侧中间有凹陷，与上加压块(4)相对放置；下加压块(6)下侧设置把手(7)。在二级氢箱、一级氧箱和芯级前捆绑低温静力联合试验已完成的六次液氮介质工况试验中，应变测量获得有效数据，为设计部贮箱设计和考核提供了试验依据。

Description

大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置
技术领域
本发明属于应变试验技术领域，具体涉及一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置。
技术背景
新一代运载火箭以发展5m箭体直径的大型运载火箭为重点，5m直径的贮箱我国没有设计和制造的经验。同时新一代运载火箭还首次采用了低温高能液氢(温度-253℃)、液氧(温度-183℃)作为推进剂，如此大型贮箱低温试验国内没有做过。为了获得贮箱低温极限承载能力，考核贮箱结构、材料和焊缝在低温下的性能变化等，需要进行大型贮箱低温试验。但像5m直径的大型贮箱低温试验国内尚未有做过，上世纪八、九十年代，航天一院702所开展过三次3.35m和2.25m直径贮箱的低温试验，以往低温试验的技术和经验不能完全照搬，尤其是应变计粘贴固化用加压装置等无法照搬。
根据低温应变计粘胶剂工艺要求，要在应变计上施加70～480kN/m2的压力载荷。上世纪八、九十年代进行的三次贮箱低温试验应变/应力测点在100点左右，测点数目较少，且测点均位于贮箱的光滑表面，加压固化装置简单且结构单一，完全无法满足大型贮箱试验的需求。目前大型贮箱应变测点少则1000点，多则2000多点，且测点基本位于筋条、焊缝等区域，厚度较厚形状各异，因此加压固化装置也必需多样化设计，固化加压原理也需要作改进，否则无法满足粘接剂的加压压力要求。
因此根据大型贮箱焊缝、光壳、筋条等部位的特点，设计合理的应变计粘贴固化用加压装置将使大型贮箱的低温试验能够顺利进行，可为我院和其它单位的低温试验提供技术支撑。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于提供一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置，用于大型贮箱低温试验应变计粘贴。
技术方案
一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置，其中：包括：上盖板、压板、磁铁、上加压块、两个高温橡皮、下加压块、把手；其中，上加压块为中空的铝盒结构，下侧密封且中间具有凹陷，上侧开放，使用压板和上盖板盖住；在铝盒中，在凹陷位置的两侧，设置有两块磁铁；下加压块为铁块结构，上侧中间有凹陷，与上加压块相对放置；下加压块下侧设置把手。
如上所述的一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置，其中：在上加压块下侧，凹陷位置处，放置一块高温橡皮，高温橡皮下侧与一个应变片接触；
下加压块上侧，凹陷位置处，放置另一块高温橡皮，高温橡皮上侧与另一个应变片接触。
有益效果
本发明考虑到贮箱材料属于非磁性材料，利用磁力进行加压成为首选。大型低温贮箱应变计粘贴固化用加压装置研究解决的关键技术问题是研究低温应变计的粘贴工艺、加压装置的设计要求、加压装置的结构及原理、加压装置的压力测试和应变计的测量效果验证。在贮箱表面形状复杂，又不允许打孔，不能通过在贮箱上打孔后用压板进行加压的情况下，通过使用本发明，能够对于低温应变计进行良好的加压，固定。
通过使用本发明所述装置，在二级氢箱、一级氧箱、一级氢箱等5m直径大型贮箱低温试验应变计粘贴中也应用该方法设计了加压装置。在二级氢箱、一级氧箱和芯级前捆绑低温静力联合试验已完成的六次液氮介质工况试验中，应变测量获得有效数据，为设计部贮箱设计和考核提供了试验依据。
附图说明
图1是应变计与端子组合形状示意图；
图2是应变计贴片工艺及流程示意图；
图3是加筋结构位置应变计粘贴示意图；
图中，黑点表示应变片；
图4是焊缝及蒙皮位置应变计粘贴示意图；
图中，黑点表示应变片,以及，焊缝两侧的“丁”字符号表示应变片；
图5(a)加压装置结构组成示意图；
图5(b)加压装置使用状态示意图；
图6加压装置加压性能测试示意图；
图7液氮温度下拉断试验载荷应变曲线。
其中，1、上盖板，2、压板，3、磁铁，4、上加压块，5、高温橡皮，6、下加压块，7、把手，8、应变片，9、贮箱蒙皮，10、加强筋，11、铝板，12、吊钩称，13、重物。
具体实施方式
以下，结合附图和具体实施方式，对于本发明做进一步的说明。
大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置为液氢温区低温试验应变计粘贴工艺中的一个必要设备，本课题通过开展这些技术研究，摸索了一套适合大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置设计和使用路线，为大型低温贮箱低温试验奠定基础。
在本发明所属的大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置的设计过程中，进行了以下步骤：
a)对低温应变计的粘贴工艺进行研究，提出加压装置的设计要求；
b)对贮箱的筋条、蒙皮、焊缝、薄区、厚区等各区域结构形式进行研究，对其特点进行归纳，为最终确定加压装置的结构形式提供帮助；
c)加压装置的加压原理及其压力理论计算方法研究；
d)对设计的加压装置的加压性能测试，检验压力是否满足工艺要求；
e)将采用加压装置粘贴的应变计开展低温试验，对应变计的加压装置设计的效果进行验证。
表1中描述了需要设计的应变计加压装置的种类，由于使用位置的区别，导致相互之间尺寸有所差异，但是结构和原理完全相同。
图3、图4举例说明了可能涉及的应变片粘贴方式。
表2描述了需要对应的各种应变计的结构和尺寸。
表1应变计加压装置代号及数量
序号 代号 注释
1 DJ 前短壳对称筋上
2 DW 前短壳对称筋根部
3 FJ 前短壳上端面非对称筋上
4 FW 前短壳上端面非对称筋根部
5 KDJ 前短壳宽对称筋上
6 KDW 前短壳宽对称筋根部
7 KFJ 前短壳宽非对称筋上
8 FX 前短壳下端面非对称筋上
9 HDJ 后短壳对称筋上
10 HDW 后短壳对称筋根部
11 HFJ 后短壳上端面非对称筋上
12 HKDJ 后短壳宽对称筋上
13 HKFJ 后短壳上端面宽非对称筋上
14 HFX 后短壳下端面非对称筋上
15 A 壳体表面的光滑处
16 TS 特殊：用于其它未注明位置
表2应变计及端子基底尺寸和数量
类型 基底尺寸(mm)
一字片(国产) 4×3.5
丁字片(国产) 4×5.5
花片(三个单片组合) 10×10
端子 0×5.0
如图1所示，对于不同的应变片，只要保证一字片、丁字片和花片的加压装置加压面积分别为15×8mm2、15×15mm2和20×20mm2即可，经过计算，一字片高温橡皮加压面积最终修改为18×10mm2。
具体设计过程如下：
1低温应变计粘贴工艺研究
1.1确定贮箱上需要贴片区域的结构
由于贮箱结构的特殊性，在贮箱不同部位粘贴的应变计需用不同的加压装置施加压力，为此将加压装置代号及其使用位置说明见表1。
1.2定点与画线
对贮箱上的应变测点，定点时不管是否试件内外表面都需要贴片，均需要用磁锥和磁针将贮箱内外表面的对称点标示出，并将应变计的贴片区域(内外表面要对称的画)按图1画出，这样才能保证加压装置不会压偏。
1.3应变计粘贴工艺流程
制定应变计粘贴工艺流程，流程见图2。
1.4确定加压装置的设计要求
根据贮箱及应变计粘贴工艺要求，所设计的加压装置应满足如下要求：
加压装置应能产生70～480kN/m2的压强；
加压装置能够覆盖应变计和端子，并将应变计和端子置于中心；
清洁度要求：加压装置不能带来粉末、铁屑等污染，如采用磁铁必须将磁铁装入盒内。
根据以上要求，我们设计了一种利用磁铁的吸引力进行加压的装置。
2确定加压装置类型
对贮箱的筋条、蒙皮、焊缝、薄区、厚区等各区域结构形式进行研究，对其特点进行归纳，加压装置类型归纳总结见表1。为最终确定加压装置的结构形式提供帮助。
3加压装置的加压性能测试
3.1加压装置加压能力验证
如图6所示，在加压装置的上下加压块中间隔一块5mm厚铝板模拟贮箱壳体，在下压块上缠上细绳吊配重，直至下加压块坠落。用吊钩称读取的配重重量，用该重量除以高温橡皮的面积即为加压装置产生的压力(单位kN/m2)。
当配重达到4.8kg时，下加压块连同配重坠落。由此可知，加压装置给应变计上施加的压力为266kN/m2，满足应变计粘接剂的加压要求，该压力值与理论计算值相差为7.3％。
3.2低温试验中应变数据分析验证
开展低温试验，对采用该加压装置加压后的应变计在液氮介质和液氦介质低温试片拉断试验中的载荷应变曲线进行分析，试验结果表明，应变计能较好的表征试片的真实应变。
4加压装置基本结构及其使用方法
4.1确定加压装置基本结构
以对称加强筋为例，其加压装置结构见图5(a)、5(b)，其它结构区域的加压装置原理与之相同，唯一差别是上加压块左右尺寸的差异，该差异应根据实际贮箱结构而设计。
利用磁铁产生的吸引力对应变计进行加压，磁铁选用永磁材料钕铁硼、上加压块材料为铝合金、上加压块内的压板和下加压块材料选用软磁材料。
如图5(a)所示，本发明所述大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置包括：上盖板1、压板2、磁铁3、上加压块4、两个高温橡皮5、下加压块6、把手7；
其中，上加压块4为中空的铝盒结构，下侧密封且中间具有凹陷，上侧开放，使用压板2和上盖板1盖住；在铝盒中，在凹陷位置的两侧，设置有两块磁铁3；在上加压块4下侧，凹陷位置处，放置一块高温橡皮5，高温橡皮5下侧与一个应变片接触；
下加压块6为铁块结构，上侧中间有凹陷，与上加压块4相对放置；下加压块6下侧设置把手7，下加压块6上侧，凹陷位置处，放置另一块高温橡皮5，高温橡皮5上侧与另一个应变片接触。
4.2确定加压装置使用方法
对称的应变计要同时贴，贴完后按图1选择相应大小的高温橡皮，放置在应变计上方后，对应变计进行加压。按表1选择对应的加压装置。
加压装置安装时需要两人同时配合完成，其中一人将加压装置(一对两块，其中一块为铝盒，内装磁铁，另一块为铁块)的铝盒放置在高温橡皮上，高温橡皮位于铝盒两侧的凹槽中；另一人手持铁块在试件另一侧对称贴片位置缓慢靠近高温橡皮，使橡皮位于铁块凹槽中央；铝盒与铁块相对放置，利用磁铁的磁力产生压力对应变计进行加压。
图7为采用该加压装置加压后的应变计在液氮介质和液氦介质低温试片拉断试验的载荷应变曲线，本发明所述装置加压后的应变片，测得曲线均匀，与理论计算结果相近，说明本发明所述装置能够很好的实现应变片的加压。
虽然通过上述实施例对本发明所述的大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置进行了详细的说明，但是上述说明并不是对本发明的限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形和变更，例如，最优化的方法可以在现有技术的各种方法中选择。

Claims (2)

1.一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置，其特征在于：包括：上盖板(1)、压板(2)、磁铁(3)、上加压块(4)、两个高温橡皮(5)、下加压块(6)、把手(7)；
其中，上加压块(4)为中空的铝盒结构，下侧密封且中间具有凹陷，上侧开放，使用压板(2)和上盖板(1)盖住；在铝盒中，在凹陷位置的两侧，设置有两块磁铁(3)；
下加压块(6)为铁块结构，上侧中间有凹陷，与上加压块(4)相对放置；下加压块(6)下侧设置把手(7)。
2.如权利要求1所述的一种大型贮箱低温试验应变计粘贴固化用加压装置，其特征在于：
在上加压块(4)下侧，凹陷位置处，放置一块高温橡皮(5)，高温橡皮(5)下侧与一个应变片接触；
下加压块(6)上侧，凹陷位置处，放置另一块高温橡皮(5)，高温橡皮(5)上侧与另一个应变片接触。
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