CN107389453A - 一种粘弹性材料围压加载试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘弹性材料围压加载试验系统及方法，系统包括围压罩、围压加载装置以及用于加载粘弹性试件的单轴加载装置，围压罩内部设有围压腔，单轴加载装置装设在围压腔内，围压加载装置位于围压罩外部并与围压腔连通。方法包括以下步骤：S1：充气增压；S2：单轴试验；S3：试验结束。本发明具有结构简单、易于制作、操作方便、适用范围广、能逼真地模拟压力结构所处的环境压力的优点。

Description

一种粘弹性材料围压加载试验系统及方法
技术领域
本发明主要涉及围压试验技术，尤其涉及一种粘弹性材料围压加载试验系统及方法。
背景技术
粘弹性材料因其独特物理性能，进行力学性能研究时应考虑其所处的环境压力。固体推进剂是粘弹性材料中的一种，以它为例说明试验研究中环境压力的必要性以及实现方法。在武器装备研究中，药柱结构完整性的研究手段除了数值仿真之外还有试验研究。由于固体火箭发动机点火后，内部气压剧增，因此对固体火箭发动机内部药柱的试验研究应考虑环境压力。
由于药柱尺寸大、形状多样，且浇铸在金属壳体内壁，无法直接加装在试验设备用于研究，因此采用以固体推进剂试件代替药柱进行试验研究。试验研究中加压技术遭遇瓶颈和仪器设备受限，目前绝大部分固体推进剂的力学试验不考虑环境压力，个别考虑了环境压力的固体推进剂力学试验是通过液体加压方式实现高压环境。这均不能模拟药柱所处的高压气体环境，导致力学试验中固体推进剂载荷状态与药柱实际载荷状态存在较大差异。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易于制作、操作方便、适用范围广、能逼真地模拟压力结构所处的环境压力的粘弹性材料围压加载试验系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种粘弹性材料围压加载试验系统，包括围压罩、围压加载装置以及用于加载粘弹性试件的单轴加载装置，所述围压罩内部设有围压腔，所述单轴加载装置装设在所述围压腔内，所述围压加载装置位于围压罩外部并与围压腔连通。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述围压加载装置包括压缩机、进气管和排气管，所述压缩机通过进气管与围压腔连通，所述排气管连通围压腔和外部。
所述进气管上装设有进气阀，所述排气管上装设有排气阀。
所述单轴加载装置包括伺服电机、固定横梁、活动横梁和滚珠丝杆，所述伺服电机固装在围压腔底部，所述滚珠丝杆与伺服电机连接并位于伺服电机两侧，所述活动横梁装设在两侧的滚珠丝杆之间，所述固定横梁固装在滚珠丝杠顶端，所述粘弹性试件装设在固定横梁与活动横梁之间。
所述围压罩包括圆柱罩体、承载底板和锁紧螺栓，所述圆柱罩体通过锁紧螺栓紧固在承载底板上并与其围合形成所述围压腔。
一种粘弹性材料围压加载试验方法，用上述的粘弹性材料围压加载试验系统进行，包括以下步骤：
S1：充气增压：启动压缩机，通过调节进气管和排气管气量大小使围压腔内气压增至试验所需大小；
S2：单轴试验：启动伺服电机，将转动传递到滚珠丝杆，滚珠丝杆带动活动横梁按恒定速度向上或向下直线运动对粘弹性试件进行加载；
S3：试验结束：活动横梁位移达到设定值后停止伺服电机，打开排气管排气，结束试验。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的粘弹性材料围压加载试验系统，包括围压罩、围压加载装置以及用于加载粘弹性试件的单轴加载装置，围压罩内部设有围压腔，单轴加载装置装设在围压腔内，围压加载装置位于围压罩外部并与围压腔连通。该结构中，围压加载装置将高压气体充入围压腔构成的试验空间，逼真地模拟了固体火箭发动机等压力结构所处的环境压力，比常规不加围压或液体围压试验的研究意义更大；围压加载装置和单轴加载装置均可灵活操控，调节气压和单轴力，试验涵盖工况范围宽，其结构也非常简单，易于制作。本发明的粘弹性材料围压加载试验方法，用上述的粘弹性材料围压加载试验系统进行，因此具备上述粘弹性材料围压加载试验系统相应的技术效果。
附图说明
图1是本发明粘弹性材料围压加载试验系统的结构示意图。
图2是本发明粘弹性材料围压加载试验方法的流程示意图。
图中各标号表示：
1、围压罩；11、围压腔；12、圆柱罩体；13、承载底板；14、锁紧螺栓；2、围压加载装置；21、压缩机；22、进气管；221、进气阀；23、排气管；231、排气阀；3、单轴加载装置；31、伺服电机；32、固定横梁；33、活动横梁；34、滚珠丝杆；4、粘弹性试件。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明粘弹性材料围压加载试验系统的一种实施例，包括围压罩1、围压加载装置2以及用于加载粘弹性试件4的单轴加载装置3，围压罩1内部设有围压腔11，单轴加载装置3装设在围压腔11内，围压加载装置2位于围压罩1外部并与围压腔11连通。该结构中，围压加载装置2将高压气体充入围压腔11构成的试验空间，逼真地模拟了固体火箭发动机等压力结构所处的环境压力，比常规不加围压或液体围压试验的研究意义更大；围压加载装置1和单轴加载装置2均可灵活操控，调节气压和单轴力，试验涵盖工况范围宽，其结构也非常简单，易于制作。
本实施例中，围压加载装置2包括压缩机21、进气管22和排气管23，压缩机21通过进气管22与围压腔11连通，排气管23连通围压腔11和外部。该结构中，压缩机21将高压气体通过进气管22充入围压腔11构成的试验空间，逼真地模拟了固体火箭发动机等压力结构所处的环境压力，而排气管23用于将围压腔11内的气体排出，其结构简单实用。
本实施例中，进气管22上装设有进气阀221，排气管23上装设有排气阀231。该结构中，压缩机21连接进气阀221给密闭空间充气，通过排气管23调节气压大小，提供不同的围压工况。
本实施例中，单轴加载装置3包括伺服电机31、固定横梁32、活动横梁33和滚珠丝杆34，伺服电机31固装在围压腔11底部，滚珠丝杆34与伺服电机31连接并位于伺服电机31两侧，活动横梁33装设在两侧的滚珠丝杆34之间，固定横梁32固装在滚珠丝杆34顶端，粘弹性试件4装设在固定横梁32与活动横梁33之间。该结构中，粘弹性试件4两端分别安装在固定横梁32和活动横梁33上，伺服电机31通过传送皮带连接滚珠丝杆34，带动活动横梁33上下移动，实现粘弹性试件4单轴加载。活动横梁33的移动速度和位移值可调，提供不同单轴力工况。
本实施例中，围压罩1包括圆柱罩体12、承载底板13和锁紧螺栓14，圆柱罩体12通过锁紧螺栓14紧固在承载底板13上并与其围合形成围压腔11。该结构中，圆柱罩体12坐在承载底板13上，再用锁紧螺栓14紧固、密封，使围压腔11形成密闭空间，以逼真地模拟固体火箭发动机等压力结构所处的环境压力。
如图1和图2所示，本发明粘弹性材料围压加载试验方法，用上述的粘弹性材料围压加载试验系统进行，包括以下步骤：
S1：充气增压：启动压缩机21，通过调节进气管22和排气管23气量大小使围压腔11内气压增至试验所需大小；
S2：单轴试验：启动伺服电机31，将转动传递到滚珠丝杆34，滚珠丝杆34带动活动横梁33按恒定速度向上或向下直线运动对粘弹性试件4进行加载；
S3：试验结束：活动横梁33位移达到设定值后停止伺服电机31，打开排气管23排气，结束试验。
采用该方法，逼真地模拟了固体火箭发动机等压力结构所处的环境压力，比常规不加围压或液体围压试验的研究意义更大；围压加载装置1和单轴加载装置2均可灵活操控，调节气压和单轴力，试验涵盖工况范围宽。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种粘弹性材料围压加载试验系统，其特征在于：包括围压罩（1）、围压加载装置（2）以及用于加载粘弹性试件（4）的单轴加载装置（3），所述围压罩（1）内部设有围压腔（11），所述单轴加载装置（3）装设在所述围压腔（11）内，所述围压加载装置（2）位于围压罩（1）外部并与围压腔（11）连通。
2.根据权利要求1所述的粘弹性材料围压加载试验系统，其特征在于：所述围压加载装置（2）包括压缩机（21）、进气管（22）和排气管（23），所述压缩机（21）通过进气管（22）与围压腔（11）连通，所述排气管（23）连通围压腔（11）和外部。
3.根据权利要求2所述的粘弹性材料围压加载试验系统，其特征在于：所述进气管（22）上装设有进气阀（221），所述排气管（23）上装设有排气阀（231）。
4.根据权利要求2或3所述的粘弹性材料围压加载试验系统，其特征在于：所述单轴加载装置（3）包括伺服电机（31）、固定横梁（32）、活动横梁（33）和滚珠丝杆（34），所述伺服电机（31）固装在围压腔（11）底部，所述滚珠丝杆（34）与伺服电机（31）连接并位于伺服电机（31）两侧，所述活动横梁（33）装设在两侧的滚珠丝杆（34）之间，所述固定横梁（32）固装滚珠丝杆（34）顶端，所述粘弹性试件（4）装设在固定横梁（32）与活动横梁（33）之间。
5.根据权利要求2或3所述的粘弹性材料围压加载试验系统，其特征在于：所述围压罩（1）包括圆柱罩体（12）、承载底板（13）和锁紧螺栓（14），所述圆柱罩体（12）通过锁紧螺栓（14）紧固在承载底板（13）上并与其围合形成所述围压腔（11）。
6.根据权利要求4所述的粘弹性材料围压加载试验系统，其特征在于：所述围压罩（1）包括圆柱罩体（12）、承载底板（13）和锁紧螺栓（14），所述圆柱罩体（12）通过锁紧螺栓（14）紧固在承载底板（13）上并与其围合形成所述围压腔（11）。
7.一种粘弹性材料围压加载试验方法，其特征在于：用权利要求4至6中任一项所述的粘弹性材料围压加载试验系统进行，包括以下步骤：
S1：充气增压：启动压缩机（21），通过调节进气管（22）和排气管（23）气量大小使围压腔（11）内气压增至试验所需大小；
S2：单轴试验：启动伺服电机（31），将转动传递到滚珠丝杆（34），滚珠丝杆（34）带动活动横梁（33）按恒定速度向上或向下直线运动对粘弹性试件（4）进行加载；
S3：试验结束：活动横梁（33）位移达到设定值后停止伺服电机（31），打开排气管（23）排气，结束试验。
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