CN106769543B - 一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及力学性能测试领域，涉及一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置及其方法，其中复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置包括左梁、右梁、左盖板和右盖板，左梁与右梁两端相互插接；左盖板可拆卸地置于左梁上方，右盖板可拆卸地置于右梁上方。本发明通过左梁与右梁分别与左盖板和右盖板可拆卸连接，使得在使用该测试装置进行多次试验时，仅需将左盖板和右盖板分别从左梁和右梁卸下即可，而不必拆卸整体试验装置；通过左梁与右梁两端相互插接，避免了在对测试装置加载载荷时，试验件发生不对称及偏心而导致数据不可控的情况；此外，本发明的装配关系简单、零部件少，试验操作起来更容易。

Description

一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及力学性能测试技术领域，尤其涉及一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置及其方法。

背景技术

复合材料越来越多地应用在飞行器结构中，其中，复合材料翼梁结构的设计和测试是飞行器技术领域中必不可少的。在现有技术中，复合材料翼梁对接结构经常应用到飞行器中，复合材料翼梁对接结构应用到飞行器之前需要对其进行力学测试以验证翼梁对接结构的承载能力，其中包括剪切性能的测试。现有一种测试方法为通过左夹具组件和右夹具组件分别与试件的两端连接，在两个组件上分别施加方向相反的拉伸载荷，用于金属板材对接焊缝的剪切强度。但是该方案只适用于小型试验件的剪切性能测试，并且没有考虑到具有较大长度和宽度的机械连接结构在剪切测试中引起的加载稳定性问题；另一方面没有考虑具有较大长度和宽度的机械连接结构在剪切加载中的附加弯矩问题，不适用于翼梁腹板对接结构。

现有另一种测试方法为通过两个相互分离的S型组件分别与试验件的两端固定，在两个组件上施加方向相反的拉伸载荷，并通过调节加载点的位置实现拉伸(压缩)/剪切复合加载，但是该方案只适用于小型试样，且装置在加载载荷的作用下，可能会产生偏心矩及附加弯矩，，容易造成试验夹具的不对称变形，使得试验数据不稳定，进而影响试验数据的精度。

因此，如何提供一种可以适应复合材料型翼梁对接结构剪切性能测试的装置，可以解决现有技术由于检测装置存在偏心矩及附加弯矩使得检测数据不可控是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，能够解决现有的对复合材料型翼梁对接结构的剪切性能测试装置容易发生扭转、不平衡而导致产生偏心距使得检测的数据不稳定或不可控的技术问题。

本发明的目的还在于提出一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试方法，可以解决现有的对接结构剪切性能测试的检测方法，在对检测装置施加载荷时使得检测装置发生扭转、不平衡而导致试验数据不稳定或不可控的技术问题。为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，包括左梁、右梁、左盖板和右盖板，所述左梁与右梁两端相互插接；

所述左盖板可拆卸地置于所述左梁上方，并与所述左梁配合夹紧试验件一端；

所述右盖板可拆卸地置于所述右梁上方，并与所述右梁配合夹紧所述试验件另一端。

进一步的，所述左梁连接的第一夹板和第二夹板，所述右梁包括连接的第三夹板和第四夹板；

所述第一夹板平行于所述第三夹板且与所述第四夹板插接，所述第二夹板平行于所述第四夹板且与所述第三夹板插接；

所述左盖板可拆卸地置于所述第二夹板上方，所述右盖板可拆卸地置于所述第四夹板上方。

进一步的，所述第一夹板正对所述第三夹板的一侧设有第一插孔，所述第四夹板的端部设有第一插片，所述第一插片可滑动地插接于所述第一插孔内；

所述第三夹板正对所述第一夹板的一侧设有第二插孔，所述第二夹板的端部设有第二插片，所述第二插片可滑动地插接于所述第二插孔内。

进一步的，所述第二夹板和第四夹板上分别设有第一凹槽及第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽用于容纳所述试验件的两端；

所述左盖板可拆卸地置于所述第一凹槽上方，所述右盖板可拆卸地置于所述第二凹槽上方。

进一步的，所述试验件包括左测试段、右测试段及固定部，所述左测试段与右测试段对接，所述固定部两端分别固定于所述左测试段和右测试段上；

所述左测试段、右测试段上下两侧均设有凸缘，所述凸缘位于所述左测试段和右测试段的两侧且所述左测试段上的凸缘与所述右测试段上的凸缘对接，所述固定部置于所述凸缘之间，两所述凸缘沿翼梁展向的总长度大于所述固定部沿所述翼梁展向的长度；

所述左测试段位于所述第一凹槽内且与所述第一凹槽及左盖板可拆卸连接，所述右测试段位于所述第二凹槽内且与所述第二凹槽及右盖板可拆卸连接。

进一步的，所述左测试段和右测试段均包括翼梁腹板本体、前加强片和后加强片，所述前加强片和后加强片固定于所述翼梁腹板本体的一端且置于翼梁腹板本体的前后两侧，且所述前加强片和后加强片与所述凸缘部分重叠；

所述凸缘位于翼梁腹板本体两侧；

设置于所述左测试段上的前加强片和后加强片位于所述第一凹槽内且与所述第一凹槽及左盖板可拆卸连接，设置于所述左测试段上的前加强片和后加强片位于所述第二凹槽内且与所述第二凹槽及右盖板可拆卸连接。

进一步的，所述凸缘为对称地沿翼梁腹板本体厚度方向的两侧延伸而成的凸起结构。

进一步的，所述第一夹板和第三夹板上对应地设置有固定孔。

进一步的，所述左梁和右梁均为L型结构，所述第一夹板和第二夹板垂直连接，所述第三夹板和第四夹板垂直连接。

本发明还提供了一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试方法，包括以下步骤：

(1)将右梁的第四夹板与左梁的第一夹板插接，左梁的第二夹板与右梁的第三夹板插接，具体的，将第四夹板上的第一插片插入第一夹板上的第一插孔内，同时，将第二夹板的第二插片插入第三夹板的第二插孔内；

(2)将试验件两端分别置于第二夹板上的第一凹槽和第四夹板上的第二凹槽内；

(3)通过紧固件将左盖板和试验件的一端固定在第二夹板上，同时，通过紧固件将右盖板和试验件的另一端固定在第四夹板上；

(4)通过第一夹板和第二夹板上的固定孔将翼梁对接结构剪切性能测试装置分别固定在加载装置上，对试验件进行剪切测试。

有益效果：

本发明通过左梁与右梁分别与左盖板和右盖板可拆卸连接，使得在使用该测试装置进行多次试验时，仅需将左盖板和右盖板分别从左梁和右梁卸下即可，避免了测试装置的拆装困难的情况；通过左梁右梁两端相互插接，使得试验时可以稳定地、对称地对试验件进行加载，同时避免了试验加载不对称及偏心而导致数据不可控的情况；此外，本发明的装配关系简单、零部件少，试验操作起来更容易，避免了引入装配干涉或间隙，进而影响试验数据精度。

本发明在试验件两侧设置了凸缘，测试过程中，避免了对试验件进行剪切测试时附加弯矩影响试验数据的精度的情况且避免了试验件在非考核区提前破坏的状况；试验件上还设置了前加强片和后加强片，避免了试验件在非对接位置出现薄弱点，进而影响试验数据的精度的情况。

本发明提供的一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试方法，步骤简单，容易操作，有效地避免了多次引入冲击损伤时需频繁拆装夹具时，不仅耗时耗力，而且也对试验数据的重复性有较大影响的情况；同时，夹具零部件少，装配关系简单，避免了试验中引入装配干涉或间隙，进而影响试验数据的精度。

附图说明

图1是本发明提供的复合材料的翼梁对接结构剪切性能测试装置的爆炸图；

图2是本发明提供的复合材料的翼梁对接结构剪切性能测试装置装配后的示意图；

图3是本发明提供的复合材料的翼梁对接结构剪切性能测试装置的左梁和右梁的结构示意图；

图4是本发明提供的复合材料的翼梁对接结构剪切性能测试装置的试验件的爆炸图；

图5是本发明提供的复合材料的翼梁对接结构剪切性能测试装置的试验件的结构示意图。

图中：

1、左梁；2、右梁；3、试验件；4、左盖板；5、右盖板；

11、第一夹板；12、第二夹板；

21、第三夹板；22、第四夹板；

111、第一插孔；121、第二插片；211、第二插孔；221、第一插片；

122、第一凹槽；222、第二凹槽；

31、左测试段；32、右测试段；33、固定部；

6、翼梁腹板本体；7、前加强片；8、后加强片；9、凸缘；10、固定孔。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，如图1-图5所示，包括左梁1、右梁2、左盖板4和右盖板5，左梁1与右梁2两端相互插接；左盖板4可拆卸地置于左梁1上，并与左梁1配合加紧试验件3一端；右盖板5可拆卸地置于右梁2上，并与右梁2配合夹紧试验件3另一端。通过左梁1和右梁2相互插接，使得左梁1和右梁2不会发生相对运动，避免了在对测试装置加载拉伸时，左梁1和右梁2发生偏心进而影响实验数据的精度的情况。参考图1和图3，左梁1包括连接的第一夹板11和第二夹板12，第一夹板11与第二夹板12为一体结构，右梁2包括连接的第三夹板21和第四夹板22，第三夹板21与第四夹板22为一体结构；此外，第一夹板11和第二夹板12分别平行于第三夹板21和第四夹板22且分别与第四夹板22和第三夹板21插接，本实施例中提供的左梁1和右梁2均为L型结构，第一夹板11和第二夹板12垂直连接，第三夹板21和第四夹板22垂直连接。

本实施例中提供的左梁1和右梁2还可以为非L型结构，只要能够保证左第一夹板11和第三夹板21平行及第二夹板12和第四夹板22平行即可，本实施不对左梁1和右梁2的具体结构限定。

当将左梁1和右梁2装配完成后，第一夹板11、第二夹板12、第三夹板21及第四夹板22构成闭合的平行四边形，使得测试装置受到外来的载荷时，具有稳定性，降低了装置对试验数据的干扰。另外，左盖板4和右盖板5分别可拆卸地置于第二夹板12和第四夹板22上方，用于对试验件3的固定和拆卸。本实施在第一夹板11与第四夹板22插接及第二夹板12与第三夹板21插接的基础上，第一夹板11、第二夹板12、第三夹板21及第四夹板22装配后构成平行四边形，避免了测试装置在测试过程中，由于测试装置的偏心、不对称进而影响试验数据精度的情况。

第一夹板11正对第三夹板21的一侧设有第一插孔111，第四夹板22的端部设有第一插片221，第一插片221可滑动地插接于第一插孔111；第三夹板21正对第一夹板11的一侧设有第二插孔211，第二夹板12的端部设有第二插片121，第二插片121可滑动地插接于第二插孔211。本实施例中在装配左梁1和右梁2时，将第一插片221和第二插片121分别同时推入第一插孔111和第二插孔211内，直至接触第一插孔111和第二插孔211的底部，第一夹板11、第二夹板12、第三夹板21及第四夹板22采用上述连接方式保证了测试装置结构简单，零部件少，装配关系也简单，同时，也使得拆卸方便，避免了在试验时，由于多次拆装测试装置而导致费时费力的情况，此外，由于多次拆装测试装置会导致由于器材的变动使得试验数据不稳定的情况，而本实施例则避免了该技术问题。

第二夹板12和第四夹板22上表面分别设有第一凹槽122及第二凹槽222，第一凹槽122与第二凹槽222用于容纳试验件3的两端，对试验件3具有限位作用。左盖板4可拆卸地置于第一凹槽122上方，右盖板5可拆卸地置于第二凹槽222上方。

参考图1-图3，试验前，将试验件3一端放置于第一凹槽122内，再将左盖板4置于试验件3的上方，其中，第一凹槽122为方形凹槽，第一凹槽122的底部设有螺纹孔，试验件3两端及左盖板4上均相应地设有通孔，本实施例通过紧固件将穿过第一凹槽122的底部螺纹孔及试验件3及左盖板4上的通孔将左盖板4和试验件3固定在第二夹板12上；另外，将试验件3另一端放置于第二凹槽222内，再将右盖板5置于试验件3的上方，其中，第二凹槽222也为方形凹槽，第二凹槽222的底部设有螺纹孔及右盖板5上相应地设有通孔，本实施例通过紧固件穿过第二凹槽222底部的螺纹孔以及试验件3及右盖板5上的通孔将右盖板5和试验件3均固定在第四夹板22上。

当试验件3装载到测试装置上后，试验件3两端固定在第二夹板12和第四夹板22上，另外，试验件3的两侧分别与第一夹板11和第三夹板21之间保持了一定的空隙，使得在使用该检测装置进行试验时，可以对试验件3的连接区域进行测试，而不仅仅是针对试验件3的对接处，克服了现有技术只是对对接处进行检测的局限性。

本实施例提供的试验件3包括左测试段31、右测试段32及固定部33，左测试段31与右测试段32对接，固定部33两端分别与左测试段31与右测试段32固定连接，本实施例中设置的固定部33的数量为两个，两固定部33分别位于左测试段31和右侧梁32的两侧，左测试段31和右侧梁32的两侧面分别与两固定部33固定连接，确保了左测试段31和右测试段32连接的牢固性。

上述左测试段31、右测试段32上下两侧均设有凸缘9，且左测试段31上的凸缘9与右测试段32上的凸缘9对接，固定部33置于凸缘9之间，其中，设置凸缘9消除了测试时附加弯矩对试验数据精度的影响；两凸缘9沿翼梁展向的总长度大于所述固定部33沿翼梁展向的长度；本实施例通过将固定部33与凸缘9交叠保证一定的重合长度，使得试验件3在固定部33与凸缘9之间不存在薄弱点，避免了薄弱点对试验数据的影响。

左测试段31位于第一凹槽122内且与第一凹槽122及左盖板4可拆卸连接及右测试段32位于第二凹槽222内且与第二凹槽222及右盖板5可拆卸连接以实现试验件3与测试装置的可拆卸连接。其中，左测试段31和右测试段32均包括翼梁腹板本体6、前加强片7和后加强片8，前加强片7和后加强片8固定于翼梁腹板本体6的一端且对称地置于翼梁腹板本体6的前后两侧，且前加强片7和后加强片8与凸缘9部分重叠；凸缘9设置于翼梁腹板本体6另一端，且位于翼梁腹板本体6的上下两侧，其中，凸缘9为对称地沿翼梁腹板本体6厚度方向的两侧延伸而成的凸起结构，参考图4和图5，上述上下和前后是指图4和图5中的上下和前后；本实施例提供的翼梁腹板本体6及固定部33均来自飞机结构，前加强片7、后加强片8可与翼梁腹板本体6一体成型或非一体成型，本实施例不作限定；凸缘9可与翼梁腹板本体6一体成型或非一体成型，本实施例不作限定。

设置于左测试段31上的前加强片7和后加强片8位于所述第一凹槽122内且与第一凹槽122及左盖板4可拆卸连接，设置于左测试段31上的前加强片7和后加强片8位于所述第二凹槽222内且与第二凹槽222及右盖板5可拆卸连接。当将试验件3安装于测试装置上时，将左测试段31的前加强片7与第一凹槽122的底部接触，左测试段31的后加强片8与左盖板4接触，并通过紧固件将左测试段31固定在第一夹板11上；右测试段32固定到第四夹板22上的过程与左测试段31固定到第一夹板11上的过程类似，在此不再赘述。

本实施例中的左测试段31上的凸缘9与右测试段32上的凸缘9对接，且前加强片7和后加强片8的一端均位于两个凸缘9之间，此外，固定部33也位于凸缘9之间，避免了试验件3的非对接位置出现薄弱点，进而影响试验数据的精度的情况。

第一夹板11和第三夹板21上对应地设置有固定孔10，本实施例通过固定孔10将翼梁对接结构剪切性能测试装置分别固定在加载装置上，并对试验件3进行剪切测试。其中，固定孔10位于第一夹板11和第三夹板21的中心位置，以保持测试装置在加载受力时可以保持平衡。本实施例还提供了一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试方法，包括以下步骤：

(1)将右梁2的第四夹板22与左梁1的第一夹板11插接，左梁1的第二夹板12与右梁2的第三夹板21插接，具体的，将第四夹板22上的第一插片221插入第一夹板11上的第一插孔111内，同时，将第二夹板12的第二插片121插入第三夹板21的第二插孔211内；

(2)将试验件3两端分别置于第二夹板12上的第一凹槽122和第四夹板22上的第二凹槽222内；

(3)通过紧固件将左盖板4和试验件3的一端固定在第二夹板12上，同时，通过紧固件将右盖板5和试验件3的另一端固定在第四夹板22上；

(4)通过第一夹板11和第二夹板12上的固定孔10将翼梁对接结构剪切性能测试装置分别固定在加载装置上，对试验件3进行剪切测试。

注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，其特征在于，包括左梁(1)、右梁(2)、左盖板(4)和右盖板(5)，所述左梁(1)与右梁(2)两端相互插接；

所述左盖板(4)可拆卸地置于所述左梁(1)上方，并与所述左梁(1)配合夹紧试验件(3)一端；

所述右盖板(5)可拆卸地置于所述右梁(2)上方，并与所述右梁(2)配合夹紧所述试验件(3)另一端；

所述左梁(1)包括互相连接的第一夹板(11)和第二夹板(12)，所述右梁(2)包括互相连接的第三夹板(21)和第四夹板(22)；

所述第一夹板(11)平行于所述第三夹板(21)且与所述第四夹板(22)插接，所述第二夹板(12)平行于所述第四夹板(22)且与所述第三夹板(21)插接；

所述左盖板(4)可拆卸地置于所述第二夹板(12)上方，所述右盖板(5)可拆卸地置于所述第四夹板(22)上方；

所述第一夹板(11)设有第一插孔(111)，所述第四夹板(22)端部设有第一插片(221)，所述第一插片(221)可滑动地插接于所述第一插孔(111)内；

所述第三夹板(21)设有第二插孔(211)，所述第二夹板(12)端部设有第二插片(121)，所述第二插片(121)可滑动地插接于所述第二插孔(211)内；

所述第二夹板(12)和第四夹板(22)上分别设有第一凹槽(122)及第二凹槽(222)，所述第一凹槽(122)与第二凹槽(222)用于容纳所述试验件(3)的两端；

所述左盖板(4)可拆卸地置于所述第一凹槽(122)上方，所述右盖板(5)可拆卸地置于所述第二凹槽(222)上方；

所述试验件(3)包括左测试段(31)、右测试段(32)及固定部(33)，所述左测试段(31)与右测试段(32)对接，所述固定部(33)两端分别固定于所述左测试段(31)和右测试段(32)上；

所述左测试段(31)、右测试段(32)上下两侧均设有凸缘(9)，且所述左测试段(31)上的凸缘(9)与所述右测试段(32)上的凸缘(9)对接，所述固定部(33)置于所述凸缘(9)之间，两所述凸缘(9)沿翼梁展向的总长度大于所述固定部(33)沿所述翼梁展向的长度；

所述左测试段(31)位于所述第一凹槽(122)内且与所述第一凹槽(122)及左盖板(4)可拆卸连接，所述右测试段(32)位于所述第二凹槽(222)内且与所述第二凹槽(222)及右盖板(5)可拆卸连接；

所述第一夹板(11)和第三夹板(21)上对应地设置有固定孔(10)。

2.根据权利要求1所述的复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，其特征在于，所述左测试段(31)和右测试段(32)均包括翼梁腹板本体(6)、前加强片(7)和后加强片(8)，所述前加强片(7)和后加强片(8)固定于所述翼梁腹板本体(6)的一端且置于翼梁腹板本体(6)的前后两侧，且所述前加强片(7)和后加强片(8)与所述凸缘(9)部分重叠；

所述凸缘(9)位于翼梁腹板本体(6)两侧；

设置于所述左测试段(31)上的前加强片(7)和后加强片(8)位于所述第一凹槽(122)内且与所述第一凹槽(122)及左盖板(4)可拆卸连接，设置于所述左测试段(31)上的前加强片(7)和后加强片(8)位于所述第二凹槽(222)内且与所述第二凹槽(222)及右盖板(5)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，其特征在于，所述凸缘(9)为对称地沿翼梁腹板本体(6)厚度方向的两侧延伸而成的凸起结构。

4.根据权利要求1或3所述的复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，其特征在于，所述左梁(1)和右梁(2)均为L型结构，所述第一夹板(11)和第二夹板(12)垂直连接，所述第三夹板(21)和第四夹板(22)垂直连接。

5.一种复合材料翼梁对接结构剪切性能测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述的复合材料翼梁对接结构剪切性能测试装置，包括以下步骤：

(1)将右梁的第四夹板与左梁的第一夹板插接，左梁的第二夹板与右梁的第三夹板插接；

(2)将试验件两端分别置于第二夹板上的第一凹槽和第四夹板上的第二凹槽内；

(3)通过紧固件将左盖板和试验件的一端固定在第二夹板上，通过紧固件将右盖板和试验件的另一端固定在第四夹板上；

(4)通过第一夹板和第二夹板上的固定孔将翼梁对接结构剪切性能测试装置分别固定在加载装置上，对试验件进行剪切测试。