CN105716972A - 纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

一种纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置及实验方法，包括基座及设置在基座上的电机、旋转加速器、导管及实验台，所述电机的壳体固定设置在基座上，电机的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴，所述旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳和设置在机壳内的主动转子和从动转子，所述主动转子固定套装在动力输入轴上，从动转子相对主动转子能够轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器，所述主动转子与从动转子上均设置有相互啮合的齿；所述导管的一端设置在旋转加速器的机壳上，另一端设置在实验台上方。本发明的冲击冲击试验装置结构紧凑，适用范围广，可靠性高，通过改变钢球质量和旋转加速器转速，能够方便的调整冲击参数。

Description

纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置及实验方法

技术领域：

本发明属于振动疲劳测试技术领域，具体是一种的纤维增强复合材料薄壁构件在冲击作用下的冲击振动试验装置及其使用方法。

背景技术：

纤维增强复合材料及其制成的薄壁构件的比强度高、比模量高，材料具有可设计性好、热稳定性好，还具有承载力大、重量轻等优点，广泛应用于航空、航天、机械、船舶、体育器械、电气设备、医学、兵器工业与化学工业等领域。随着现代工业水平的不断提高，很多纤维增强复合薄壁构件，例如复合材料叶片、纤维增强复合材料整体叶盘以及复合圆柱壳等装置，其经常工作在高速旋转、高温、冲击、腐蚀气体冲蚀等恶劣环境中工作，由此带来的振动疲劳、振动失效问题越来越突出。

为了有效地对上述纤维增强复合薄壁构件进行振动抑制，克服其疲劳失效问题，需要设计并开发可效模拟振动、声激、气激等多种激振方式的实验装置或系统，并加深相关振动测试技术及方法的研究，进而掌握其在不同激励环境下的振动行为特点。

目前，人们在冲击振动领域进行了深入的研究，已经设计了一些冲击振动实验装置，但依旧存在一些问题。专利ZL200810242905.4，专利ZL201410041022.2，专利ZL201410359334.8，专利ZL201410418991.5分别是不同的实验构想的冲击实验装置，但在原理上皆是采用自由落体的方式进行冲击试验的，通过控制释放物体的高度来调节冲击时的速度，冲量。其结构简单，但是功能单一，适用范围极其有限，只能应用于竖直方式施加冲击，结构不紧凑，想要获得大的冲击就得有更高的下落高度，空间利用率低，且冲击的物体在施加冲击之后不能及时有效地与被测试材料分离，无论是回弹引起的二次冲击还是冲击物本身对实验的准确度影响都是相当大的。专利ZL200910197140.1提出了一种高速钢球冲击测试装置，采用的是电磁感应原理对钢球实施加速，因此难以保证钢球出击的速度，其不确定性大，推力较小，无法施加较大的冲击，适用范围窄。

发明内容：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种适用范围广，可靠性高，可改变冲击时速度和冲量的冲击振动实验装置。

本发明采用如下技术方案：一种纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，包括基座及设置在基座上的电机、旋转加速器、导管及实验台，所述电机的壳体固定设置在基座上，电机的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴，所述旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳和设置在机壳内的主动转子和从动转子，所述主动转子固定套装在动力输入轴上，从动转子相对主动转子能够轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器，所述主动转子与从动转子上均设置有相互啮合的齿；所述导管的一端设置在旋转加速器的机壳上，另一端设置在实验台上方。

所述导管的末端设置有能够改变角度的弯头。

所述电磁分离器包括设置在从动转子轴上的电磁分离器旋转部，以及固定设置在基座上的电磁分离器固定部，所述电磁分离器旋转部与电磁分离器固定部相对应，在电磁分离器固定部内设置有第一电磁铁，在电磁分离器旋转部内设置有与第一电磁铁对应的永磁体或第二电磁铁。

进一步的，在所述电磁分离器旋转部与电磁分离器固定部之间设置有弹簧。

为了能够更好的控制旋转加速器的转速，所述电机为伺服电机。

在旋转加速器的动力输入轴上固定套装有调整轮，用于调整旋转加速器加钢球时的位置。

采用本发明的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤一：将实验样本固定在实验台上；

步骤二：控制电磁分离器吸合，使从动转子与主动转子分离；

步骤三：在从动转子与主动转子之间的齿间放置钢球；

步骤四：控制电磁分离器张开，使从动转子与主动转子夹紧钢珠；

步骤五：控制电机转动，当达到预设转速时，控制电磁分离器吸合，使旋转加速器的从动转子与主动转子分离，释放钢球，完成冲击；

步骤六：调整钢球的质量和电机的预设转速，重复步骤一至步骤四，进行实验。

本发明的冲击冲击试验装置结构紧凑，适用范围广，可靠性高，通过改变钢球质量和旋转加速器转速，能够方便的调整冲击参数。

附图说明：

图1是本发明的一个实施例的机构示意图；

图2是图1的旋转加速器的结构示意图；

图3是图2的主动转子与从动转子分离后的结构示意图；

图4是图1的电磁分离器的结构示意图；

其中：1-电机，2-联轴器，3-动力输入轴，4-调整轮，5-机壳，6-导管，7-电磁分离器旋转部，8-电磁分离器固定部，9-实验台，10-钢球，11-主动转子，12-从动转子，13-基座。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：如图1-图4，本发明的一个实施例，一种纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，包括基座13及设置在基座13上的电机1、旋转加速器、导管6及实验台9，所述电机1的壳体固定设置在基座13上，电机1的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴13，所述旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳5和设置在机壳5内的主动转子11和从动转子12，所述主动转子11固定套装在动力输入轴3上，从动转子12相对主动转子11能够轴向滑动，在从动转子12的轴上设置有电磁分离器7，所述主动转子11与从动转子12上均设置有相互啮合的齿；所述导管6的一端设置在旋转加速器的机壳5上，另一端设置在实验台9上方。

所述电磁分离器包括设置在从动转子12轴上的电磁分离器旋转部7，以及固定设置在基座13上的电磁分离器固定部8，所述电磁分离器旋转部7与电磁分离器固定部8相对应，在电磁分离器固定部8内设置有第一电磁铁，在电磁分离器旋转部7内设置有与第一电磁铁对应的第二电磁铁。当控制两个电磁铁通电并产生相同方向的磁场时，两个电磁铁会吸合，并带动从动转子12朝着主动转子11的相反方向运动，并使主动转子11与从动转子12分离。电磁分离器需保持与电机1的主轴和旋转加速器等的轴有较高的同轴度，才能方便的释放钢球10。电磁分离器也可以改进成弹簧—电磁铁结构，电磁铁分别设置在电磁分离器旋转部7和电磁分离器固定部8上，电磁铁通电吸合时主动转子11和从动转子12相分离，电磁铁不通电时则由弹簧将主动转子11与从动转子12推动并相咬合。在导管6末端设置有能够手动改变角度的弯头，用于控制钢球10冲击实验台9上的实验样本的角度。

为了能够更好的控制旋转加速器的转速，所述电机1为伺服电机。

在旋转加速器的动力输入轴3上固定套装有调整轮4，用于调整旋转加速器加钢球10时的位置。

采用本发明的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤一：将待测试的样本固定设置在实验台9上；

步骤二：控制电磁分离器旋转部7与电磁分离器固定部8内的电磁铁吸合，从而使从动转子12与主动转子11分离；

步骤三：在从动转子12与主动转子11之间的齿间放置钢球10，如果需要调整主动转子11和从动转子12的位置，可以通过转动调整轮4来实现；

步骤四：控制电磁分离器旋转部7与电磁分离器固定部8内的电磁铁产生相反的磁场，使其张开，从而使从动转子12与主动转子11夹紧钢珠13；

步骤五：控制电机1转动，当达到预设转速时，控制电磁分离器旋转部7与电磁分离器固定部8内的电磁铁吸合，使旋转加速器的从动转子12与主动转子11分离，释放钢球13，完成冲击，使钢球10通过导管6并冲击到实验台9上设置好的纤维增强复合材料薄壁构件实验体；

步骤六：调整不同质量的钢球10和电机1的预设转速，重复步骤一至步骤四，进行多次实验，并对结果进行分析和统计。

在进行实验的过程中，由于钢球10冲击试验样本的角度、速度和质量都能够有效的控制，故其适用范围广，可用于多种材料；稳定性高，能够长时间稳定运行，可靠性好，受外界影响小；多梯度冲击速率和冲量具有很好的模拟实际环境的效果；寿命长，结构简单，便于维修。

应当注意的是，上实施例用于理解本发明的方法和核心思想,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下，进行任何可能的变化或替换,均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，其特征在于：包括基座及设置在基座上的电机、旋转加速器、导管及实验台，所述电机的壳体固定设置在基座上，电机的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴，所述旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳和设置在机壳内的主动转子和从动转子，所述主动转子固定套装在动力输入轴上，从动转子相对主动转子能够轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器，所述主动转子与从动转子上均设置有相互啮合的齿；所述导管的一端设置在旋转加速器的机壳上，另一端设置在实验台上方。

2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，其特征在于：所述导管的末端设置有能够改变角度的弯头。

3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，其特征在于：所述电磁分离器包括设置在从动转子轴上的电磁分离器旋转部，以及固定设置在基座上的电磁分离器固定部，所述电磁分离器旋转部与电磁分离器固定部相对应，在电磁分离器固定部内设置有第一电磁铁，在电磁分离器旋转部内设置有与第一电磁铁对应的永磁体或第二电磁铁。

4.根据权利要求3所述的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，其特征在于：在所述电磁分离器旋转部与电磁分离器固定部之间设置有弹簧。

5.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，其特征在于：所述电机为伺服电机。

6.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置，其特征在于：在旋转加速器的动力输入轴上固定套装有调整轮。

7.采用权利要求1所述的纤维增强复合材料薄壁构件的冲击试验装置进行的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将实验样本固定在实验台上；

步骤二：控制电磁分离器吸合，使从动转子与主动转子分离；

步骤三：在从动转子与主动转子之间的齿间放置钢球；

步骤四：控制电磁分离器张开，使从动转子与主动转子夹紧钢珠；

步骤五：控制电机转动，当达到预设转速时，控制电磁分离器吸合，使旋转加速器的从动转子与主动转子分离，释放钢球，完成冲击；

步骤六：调整钢球的质量和电机的预设转速，重复步骤一至步骤四，进行实验。