CN106679913B - 一种超材料隔振器力学性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于减振降噪领域，特别涉及一种超材料隔振器的力学性能测试装置。一种超材料隔振器力学性能测试装置，其技术方案是：它包括：侧定板、转接板、激励传递部件、侧动板、千分表以及锁紧螺杆；本装置通过对待测超材料隔振器进行预压缩，以位移控制的方法来实现特定载荷的模拟加载。在测试隔振器侧向力学性能时，采取双隔振器侧挂对装的方式来抵消因激励产生的水平分力，保证激励方向始终垂直。传力杆保证激励准确施加于待测超材料隔振器，同时在不改变加载量的情况下，实现测试方向快速转换。本发明可以有效模拟超材料隔振器实际服役时的载荷，预先获得更为准确的隔振器服役性能参数，为新型隔振器的研制、选型提供设计参考和依据。

Description

一种超材料隔振器力学性能测试装置

技术领域

本发明属于减振降噪领域，特别涉及一种超材料隔振器的力学性能测试装置。

背景技术

近年来，低频隔振一直是海洋武器装备平台面临的技术难题。超材料技术的兴起，为低频隔振提供了新的技术途径，使得隔振器的刚度定制和智能控制成为可能，为隔振系统实现“高静低动”并最终提高低频隔振效果提供了技术支撑。在此背景下，超材料隔振器的研制工作被提上日程，与此同时，对超材料隔振器的静、动态力学性能试验测试分析也日益受到重视。当前传统隔振器的静、动态力学性能测试方法已经有现成的标准，并拥有许多形式的专业测试台架。然而，这些台架大都是专业定制产品、造价昂贵、用途单一且普及程度不高。此外，传统的隔振器设计，因橡胶压缩模量一般大于剪切模量，隔振器横向刚度会小于主承载方向，造成部分低固有频率的隔振器虽然具备良好的隔振效果，但横向刚度低，隔振系统不稳定。而超材料隔振器针对上述现象，在设计时，采用均匀化理论，对隔振器的刚度性能进行调控，使侧向刚度均大于主承载方向的刚度。如此，则有效解决了隔振效果与隔振系统稳定性之间的矛盾。为验证上述设计目标，对超材料隔振器的力学性能进行测试便尤为重要。

发明内容

本发明的目的是：为模拟超材料隔振器实际服役时的工况静载，提供一种用于测量超材料隔振器的力学性能的装置。

本发明的技术方案是：一种超材料隔振器力学性能测试装置，它包括：侧定板、转接板、激励传递部件、侧动板、千分表以及锁紧螺杆；

侧定板上设有两段呈中心对称分布的弧形滑动槽，在侧定板上还设有定位止转孔；

转接板的一面设有用于安装超材料隔振器的接口，另一面上设有转动手柄；

激励传递部件包括：由四块支撑板与两块侧向固定板组成的盒体结构，可拆卸的安装在该盒体结构其中一块支撑板上的盖板，以及与盖板连接的传力杆；

转接板通过平面轴承安装在侧定板上，转动手柄从其中一个滑动槽内穿出；转接板与侧定板之间通过位于定位止转孔内的销轴实现定位与紧固；

侧动板与侧定板的结构相同，另一块转接板以相同的方式安装在侧动板上；

侧定板与侧动板的底部均设有用于将测试装置固定于试验测试台上的固定块；侧定板与侧动板相对设置，之间设置有导杆以及锁紧螺杆，导杆的一端与侧定板固定连接，另一端通过直线轴承安装在侧动板上，锁紧螺杆的一端与侧定板固定连接，另一端与侧动板活动连接；侧动板可沿导杆移动并由锁紧螺杆锁紧；

两个超材料隔振器以侧挂形式安装在两块转接板上，其轴线与传力杆相垂直，超材料隔振器的安装端口位于激励传递部件的盒体结构内，并由穿过侧向固定板的锁紧螺栓固定；

千分表安装在两块转接板之间。本装置通过对待测超材料隔振器进行预压缩，以位移控制的方法来实现特定载荷的模拟加载。在测试隔振器侧向力学性能时，采取双隔振器侧挂对装的方式来抵消因激励产生的水平分力，保证激励方向始终垂直。传力杆保证激励准确施加于待测超材料隔振器，同时在不改变加载量的情况下，实现测试方向快速转换。

具体的操作过程为：

a)将侧动板沿导杆移动至远离侧定板的最大位移处；

b)将转接板分别安装于侧定板、侧动板，并通过手柄进行预转动，保证转接板转动流畅，定位止转孔同轴度好；

c)将一组同型号待测超材料隔振器以侧挂对装的形式分别安装在两转接板，并对转接板进行定位锁紧；

d)通过锁紧螺栓分别将两块侧向固定板紧固安装于两隔振器的安装端口；

e)滑动侧动板调整两固定板之间的间距至合适位置安装四块支撑板；

f)在顶部的支撑板上，垂直放置传力杆，并通过盖板对传力杆进行压紧，随后以螺栓紧固，完成激励传递部件的装配；

g)在两转接板之间安装千分表，并使千分表处于预压缩状态，根据目标压缩量△，计算出千分表的目标读数值；

h)旋转锁紧螺杆活动端的锁紧螺栓，观测千分表的数值，到达千分表的目标读数值后，停止旋转锁紧螺栓；

i)通过固定块将整个装置牢固固定于试验测试台，进行超材料隔震器一个方向上的力学性能测试；

j)测试完成后，拆卸激励传递部件的传力杆、盖板、锁紧螺栓，转动手柄将转接板转动90°后，重复步骤c)-i)即可测试隔振器其它方向的力学性能。

有益效果：本发明通过调节侧定板与侧动板之间的位移来控制模拟静载荷大小，并通过锁紧螺栓实现保载；通过转接板的可旋转化实现保载条件下测试方向的快速变换；激励传递部件中的传力杆采用灵活安装方式，即超材料隔振器受模拟载荷夹持时，传力杆与盖板可根据测试需求灵活安装于不同测试方向。本发明可以有效模拟超材料隔振器实际服役时的载荷，预先获得更为准确的隔振器服役性能参数，为新型隔振器的研制、选型提供设计参考和依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明中转接板与侧定板的连接方式示意图；

图4是本发明中激励传递部件结构示意图；

图5是图4的俯视图。

具体实施方式

实施例1，参见附图1、2，一种超材料隔振器力学性能测试装置，它包括：侧定板1、转接板2、激励传递部件4、侧动板7、千分表8以及锁紧螺杆10；

参见附图3，侧定板1上设有两段呈中心对称分布的弧形滑动槽14，在侧定板1上还设有定位止转孔13；

转接板2的一面设有用于安装超材料隔振器3的接口，另一面上设有转动手柄21；

参见附图4、5，激励传递部件4包括：由四块支撑板43与两块侧向固定板44组成的盒体结构，可拆卸的安装在该盒体结构其中一块支撑板43上的盖板42，以及与盖板42连接的传力杆41；传力杆41的高径比大于10(H/D＞10)，保证激励传递方向的刚度足够大，而径向刚度则相对较小；

转接板2通过平面轴承12安装在侧定板1上，其转动手柄21从其中一个滑动槽14内穿出；转动手柄21与滑动槽14为间隙配合，通过转动转接板2上的转动手柄21对超材料隔振器3进行旋转，实现测试方向变换，转接板2与侧定板1之间通过安装在定位止转孔13内的销轴进行定位与紧固；

侧动板7与侧定板1的结构相同，另一块转接板2以相同的方式安装在侧动板7上；

侧定板1与侧动板7的底部均设有固定块9；侧定板1与侧动板7相对设置，之间设置有导杆5以及锁紧螺杆10，导杆5的一端与侧定板1固定连接，另一端通过直线轴承6安装在侧动板7上，锁紧螺杆10的一端与侧定板1固定连接，另一端与动侧板7活动连接；侧动板7可沿导杆5移动并由锁紧螺杆10锁紧；

两个超材料隔振器3以侧挂形式安装在两块转接板2上，其轴线与传力杆41相垂直，超材料隔振器3的安装端口位于激励传递部件4的盒体结构内，并由穿过侧向固定板44的锁紧螺栓45固定；

在测试过程中，模拟载荷的施加与保载通过安装于侧动板7和测定板1之间的锁紧螺杆10实现，锁紧螺杆10与侧定板1采用固定连接，与动侧板7采用活动连接，通过拧紧锁紧螺栓调整侧定板1与侧动板7之间的间距，以千分表8的显示数值作为反馈，实现压缩量控制。

实施例2，一种超材料隔振器(MI400)，其主承载方向设计载荷为400kN，静刚度为1000N/mm。现试验要求测试该隔振器的三向额定载荷静刚度、动刚度、以及动态力学耐久性能。试验设备选用通用型商品型号MTS322动态疲劳试验机，其中主承载方向，因隔振器本身可以正置，测试时，激励方向和主承载方向共轴，可以直接测试。试验测试出隔振器的静刚度为968N/mm，额定载荷静变形量为4.13mm，达到设计预期目标。其非主承载方向(两个侧向)力学性能测试过程如下：将两个MI400分别安装在两个转接板2上；将两侧向固定板44分别安装于隔振器的承载端，螺栓锁紧；滑动侧动板7，使得两侧向固定板44之间的间隙恰好适合安装支撑板43，除侧向固定板44顶部以外，其它侧面均用螺栓将支撑板43紧固于侧向固定板；在侧向固定板44顶部的支撑板43上，放置传力杆41，再用盖板42压紧，最后螺栓锁固；紧固锁紧螺杆10的固定端螺栓，再轻微旋紧活动端的螺栓，感觉到隔振器的轻微压缩阻力后，安装千分表8于两转接板2之间，使得千分表8有一定的初始压缩位移(L0)，随后旋转锁紧螺杆10上的螺栓，使得L＝L0+8.26mm；调整本装置在试验机上的位置，使得传力杆41与试验机激振器共轴，随后将固定块9安装于侧定(动)板，并通过固定块9将整套试验装置牢固固定于试验机基座；通过试验机对传力杆41施加动载荷，测试出ZX方向的动态力——位移曲线，经数据处理，得出ZX方向动刚度为1213N/mm,计算出的固有频率为8.8Hz,随后在8.8Hz的频率下对隔振器进行激振2小时，并测试耐久试验后ZX方向的动态力——位移曲线，计算出耐久后ZX方向的动刚度为1248N/mm，耐久性能改变量为2.86％；拆卸传力杆41上的盖板42，取下传力杆41，将转接板旋转90°，重新定位，并锁紧止转，再安装好传力杆41，对ZY向重复ZX方向的测试，测试获得ZY方向的动刚度为2270N/mm,耐久后的动刚度为2354N/mm,耐久性能改变量为3.70％。

Claims (2)

1.一种超材料隔振器力学性能测试装置，其特征是：它包括：侧定板(1)、转接板(2)、激励传递部件(4)、侧动板(7)、千分表(8)以及锁紧螺杆(10)；

所述侧定板(1)上设有两段呈中心对称分布的弧形滑动槽(14)，在所述侧定板(1)上还设有定位止转孔(13)；

所述转接板(2)的一面设有用于安装超材料隔振器(3)的接口，另一面上设有转动手柄(21)；

所述激励传递部件(4)包括：由四块支撑板(43)与两块侧向固定板(44)组成的盒体结构，可拆卸的安装在该盒体结构其中一块支撑板(43)上的盖板(42)，以及与所述盖板(42)连接的传力杆(41)；

所述转接板(2)通过平面轴承(12)安装在所述侧定板(1)上，所述转动手柄(21)从其中一个所述滑动槽(14)内穿出；所述转接板(2)与所述侧定板(1)之间通过位于所述定位止转孔(13)内的销轴实现定位与紧固；

所述侧动板(7)与所述侧定板(1)的结构相同，另一块所述转接板(2)以相同的方式安装在所述侧动板(7)上；

所述侧定板(1)与所述侧动板(7)的底部均设有用于将测试装置固定于试验测试台上的固定块(9)；所述侧定板(1)与所述侧动板(7)相对设置，之间设置有导杆(5)以及锁紧螺杆(10)，所述导杆(5)的一端与所述侧定板(1)固定连接，另一端通过直线轴承(6)安装在所述侧动板(7)上，所述锁紧螺杆(10)的一端与所述侧定板(1)固定连接，另一端与所述侧动板(7)活动连接；所述侧动板(7)可沿所述导杆(5)移动并由所述锁紧螺杆(10)锁紧；

两个所述超材料隔振器(3)以侧挂形式安装在两块所述转接板(2)上，其轴线与所述传力杆(41)相垂直，所述超材料隔振器(3)的安装端口位于所述激励传递部件(4)的盒体结构内，并由穿过所述侧向固定板(44)的锁紧螺栓(45)固定；

所述千分表(8)安装在两块所述转接板(2)之间；

所述转接板可旋转90°。

2.如权利要求1所述的一种超材料隔振器力学性能测试装置，其特征是：所述传力杆(41)的高径比大于10。

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