CN107677548A - 一种工字梁拉弯组合载荷试验机构 - Google Patents

一种工字梁拉弯组合载荷试验机构 Download PDF

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冯国庆
张鸣
任慧龙
刘希洋
余洋喆
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Abstract

本发明的目的在于设计一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，该机构的地轨固定于地面，工字梁试件放置于基座之上，处于左侧固定支架与右侧固定支架之间，工字梁试件左端通过连接装置与左侧固定支架相连，右端通过加载装置与传动圆柱相连。传动圆柱位于右侧固定支架孔内，连接拉环与传动索，将作动筒产生的拉力传递给工字梁试件。上部加载头位于之间中部上端，工字梁试件上端作动筒通过上部加载头可对工字梁试件施加压力，造成试件弯曲。本发明的约束方式灵活，两个作动筒可分别单独工作或协调工作，故本发明可以模拟工字梁拉伸、弯曲、拉弯组合等多种受力状态，可完成多种形式试验。

Description

一种工字梁拉弯组合载荷试验机构
技术领域
本发明涉及工字梁弯曲与拉伸试验领域，具体涉及一种工字梁拉弯组合载荷试验机构。
背景技术
由于全社会对生命和环境的日益重视,对船舶的安全性就提出了更高的要求。衡量船舶安全性的两个最重要的物理量就是船舶营运过程中所受的载荷和船舶结构本身所具有的强度。如果能确保船舶在使用过程中强度始终大于载荷,则船舶结构的安全性就能得到保证。要做到这一点,精确预报或评估船舶结构的强度就成为一个关键。该问题十分复杂，原因在于船舶强度结构容易受诸多因素影响：受到材料本身的特性的影响，比如屈服强度、破坏强度、断裂韧性等；受到各种加工工艺影响，比如焊接方法及焊后处理方法；受到加工过程的质量控制的影响，比如焊接初始变形和残余应力的水平；受到使用过程中的外界环境、使用过程中出现的各类损伤的影响,如疲劳裂纹扩展、腐蚀损伤、碰撞与触礁、磨损等。
尽管己有上百年的研究历史,但直到最近20年,对船舶强度的研究才变得广泛和活跃。船体板架强度是船舶结构强度研究中的重要部分。船体是由加筋板组成的薄壁箱形梁结构。船体梁的总体失效通常取决于甲板、船底板,有时候是舷侧加筋板的屈曲和塑性破坏。因此,对于衡量船体结构的安全性而言,对甲板、底板、舷侧板进行屈曲和极限强度分析是十分重要且必须的。对于加筋板而言,加强筋间的板格之局部屈曲和失效是最基本的失效模式。因此对组合载荷作用下加强筋间的板格的屈曲和极限强度的评估也很重要。体板的屈曲和极限强度取决于很多影响因素,主要有：板的几何尺寸一、材料特性、载荷特征、初始缺陷、边界条件以及腐蚀的影响、疲劳裂纹等。作用在船体板上的载荷分量通常可以分为面内载荷和侧向压应力。面内载荷分为轴向压应力或拉应力、边缘剪切应力以及面内轴向弯曲应力。实际的船舶结构中面内载荷通常由船体梁的总纵弯曲或者船体梁的扭转引起。侧向压应力则由水压力和货物压力引起。在甲板及船底板架处，由于受到静水弯矩和波浪弯矩作用，产生中拱弯曲和中垂弯曲船底板架和甲板板架受到船体总纵弯曲产生的纵向拉伸力或压缩力的作用，同时甲板和船底板架还承受货物载荷和水压力等载荷，故其处于复杂弯曲状态。
在结构试验中，可将板架结构简化为工字梁，模拟其受到的拉伸与弯曲组合载荷，可其结构强度性能进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，本发明是这样实现的：
所述的工字梁拉弯组合载荷试验机构具体包括：地轨(1)、左侧固定支架(2)、矩形连接结构(3)、连接活动轴(4)、端部三角形加载头、端部夹板(6)、端部支撑板(7)、工字梁试件(8)、基座(9)、轴盖板(10)、辊轴槽板(11)、辊轴(12)、长螺栓(13)、上部加载头(14)、作动筒(15)和作动筒(22)、右侧固定支架(16)、传动圆柱(17)、传动索(18)、轴承(19)、轴承支架(20)、拉环(21)、动力控制系统(23)和固定螺栓(24)。
所述的地轨位(1)于地面，左侧固定支架(2)、右侧固定支架(16)、基座(9)、轴承支架(20)组成支撑系统，通过固定螺栓(24)固定于地轨(1)上
所述的上部作动筒(15)与上部加载头(14)通过固定螺栓(24)连接，通过加上部载头(14)传力至试件；作动筒(22)通过传动索(18)传力至试件；动力控制系统(23)对作动筒(15)和作动筒(22)进行同时或单独控制。
所述的工字梁试件(8)放置于基座(9)之上，处于左侧固定支架(2)与右侧固定支架(16)之间；左侧矩形连接结构(3)通过固定螺栓(24)与左侧固定支架(2)连接。
所述的轴盖板(10)、辊轴(12)、辊轴槽板(11)、长螺栓(13)共同组成简支夹具，位于两个基座(9)支撑部位和上部加载头(14)的两个支脚位置；各构件以轴盖板(10)－辊轴槽板(11)－辊轴(12)－工字梁试件(8)－辊轴(12)－辊轴槽板(11)－基座面板(9)的顺序将工字梁试件(8)夹住，通过长螺栓(13)连接轴盖板(10)与基座面板(9)将工字梁试件(8)夹紧。
所述的右侧矩形连接结构(3)通过固定螺栓(24)与右侧固定支架(16)相连接，右侧矩形连接结构(3)通过固定螺栓(24)与传动圆柱(17)连接，左右两侧的矩形连接结构(3)与三角形连接结构(5)对齐孔位，由连接活动轴(4)穿入孔中固定。
所述的工字梁试件(8)工字型上下两侧与端部夹板(6)通过固定螺栓(24)连接，工字型左右两侧与端部支撑板(7)通过固定螺栓(24)连接；端部夹板(6)、端部支撑板(7)和工字梁(8)通过孔对齐由固定螺栓(24)连接；工字梁(8)上下两侧端部夹板(6)和左右两侧端部支撑板(7)与三角形连接结构(5)通过固定螺栓(24)连接。
本发明的有益效果在于：本发明的功能实现了工字梁多种组合载荷条件下各种结构试验，包括弯曲试验、极限强度试验、疲劳强度试验及裂纹拓展试验；本实验机构的约束方式灵活，两个作动筒可单独工作或协调工作，以满足多种载荷要求；使用本机构进行试验可获取拉弯载荷共同作用下的实验数据及实验现象，达到实验目的。
附图说明
图1工字梁拉弯组合载荷试验机构布置图；
图2工字梁拉弯组合载荷试验机构右侧固定支架及传动圆柱三视图；
图3工字梁拉弯组合载荷试验机构基座三视图；
图4工字梁拉弯组合载荷试验机构矩形连接结构三视图；
图5工字梁拉弯组合载荷试验机构端部三角形加载头三视图；
图6工字梁拉弯组合载荷试验机构端部支撑板三视图；
图7工字梁拉弯组合载荷试验机构端部夹板三视图；
图8工字梁拉弯组合载荷试验机构辊轴槽板三视图；
图9工字梁拉弯组合载荷试验机构连接活动轴主视图和俯视图；
图10工字梁拉弯组合载荷试验机构右侧加载固定系统装配图；
图11工字梁拉弯组合载荷试验机构端部夹板、端部支撑板装配图；
图12工字梁拉弯组合载荷试验机构简支夹具装配图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为工字梁拉弯组合载荷试验机构布置图，如图所示，本发明的组成包括：地轨1、左侧固定支架2、矩形连接结构3、连接活动轴4、三角形连接结构5、端部夹板6、端部支撑板7、工字梁试件8、基座9、轴盖板10、辊轴槽板11、辊轴12、长螺栓13、上部加载头14、作动筒15、右侧固定支架16、传动圆柱17、传动索18、轴承19、轴承支架20、拉环21、作动筒22、动力控制系统23、固定螺栓24。
地轨1位于地面，左侧固定支架2、右侧固定支架16、基座9、轴承支架20组成支撑系统，固定在地轨上。工字梁试件8放置于基座9之上，处于左侧固定支架2与右侧固定支架16之间，工字梁试件8左右两侧与端部夹板6、端部支撑板7通过固定螺栓24连接，左右两侧端部夹板与三角形连接结构5通过固定螺栓24连接。
图10为工字梁拉弯组合载荷试验机构右侧加载固定系统装配示意图，如图所示,右侧矩形连接结构3通过固定螺栓24与右侧固定支架16相连接，右侧矩形连接结构3通过固定螺栓24与传动圆柱17连接，左右两侧的矩形连接结构3与三角形连接结构5对齐孔位，由连接活动轴4穿入孔中固定。
如图11工字梁拉弯组合载荷试验机构端部夹板与端部支撑板装配示意图，如图所示,工字梁试件8工字型上下两侧与端部夹板6通过固定螺栓24连接，工字型左右两侧与端部支撑板7通过固定螺栓24连接，端部夹板6、端部支撑板7和工字梁通过孔对其由固定螺栓24连接。工字梁上下两侧端部夹板6和左右两侧端部支撑板7与三角形连接结构5通过固定螺栓24连接。
图12为工字梁拉弯组合载荷试验机构简支夹具装配示意图，如图所示，轴盖板10、辊轴12、辊轴槽板11、长螺栓13共同组成简支夹具，在机构中共有四套，分别位于两个基座9支撑部位和上部加载头14的两个支脚位置。辊轴槽板11焊接于基座9面板、上部加载头14面板与各轴盖板10上，辊轴12位于辊轴槽板11槽内。试件外侧两套简支夹具从上至下以轴盖板10－辊轴槽板11－辊轴12－工字梁试件8－辊轴12－辊轴槽板－基座9面板的顺序装配，试件内侧两套简支夹具从上至下以上部加载头14面板－辊轴槽板11－辊轴12－工字梁试件8－辊轴12－辊轴槽板－轴盖板10的顺序装配，四套简支夹具通过长螺栓13连接轴盖板10与基座9面板或上部加载头14面板将工字梁试件8夹紧。
如图1所示将工字梁试件8固定在试验机构上，试件的左右两端与矩形连接结构3、连接活动轴4、三角形连接结构5、端部夹板6、端部支撑板7通过图11所示的方式通过固定螺栓24相连接，约束其轴向位移；试件8与基座9、上部加载头14接触的位置均要安装如图12所示的简支夹具，约束试件挠度。作动筒15直接与上部加载头14相连接，作动筒15开启后可将力传至试件上，使试件弯曲，作动筒22下部连接有传动索18，传动索18绕于轴承支架20上的轴承19与传动圆柱17上的拉环21连接，传动圆柱17与矩形连接结构3通过固定螺栓24以图10所述的方式连接。作动筒22开启后，可将力传至试件上使试件拉伸。
动力控制系统23可控制作动筒15和作动筒22协同或单独工作的作用，使试件拉伸或者弯曲进而实现试件的多种拉弯组合载荷条件，完成不同的试验。

Claims (7)

1.一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的工字梁拉弯组合载荷试验机构具体包括：地轨(1)、左侧固定支架(2)、矩形连接结构(3)、连接活动轴(4)、端部三角形加载头、端部夹板(6)、端部支撑板(7)、工字梁试件(8)、基座(9)、轴盖板(10)、辊轴槽板(11)、辊轴(12)、长螺栓(13)、上部加载头(14)、作动筒(15)和作动筒(22)、右侧固定支架(16)、传动圆柱(17)、传动索(18)、轴承(19)、轴承支架(20)、拉环(21)、动力控制系统(23)和固定螺栓(24)。
2.根据权利要求1所述的一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的地轨位(1)于地面，左侧固定支架(2)、右侧固定支架(16)、基座(9)、轴承支架(20)组成支撑系统，通过固定螺栓(24)固定于地轨(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的上部作动筒(15)与上部加载头(14)通过固定螺栓(24)连接，通过加上部载头(14)传力至试件；作动筒(22)通过传动索(18)传力至试件；动力控制系统(23)对作动筒(15)和作动筒(22)进行同时或单独控制。
4.根据权利要求1所述的一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的工字梁试件(8)放置于基座(9)之上，处于左侧固定支架(2)与右侧固定支架(16)之间；左侧矩形连接结构(3)通过固定螺栓(24)与左侧固定支架(2)连接。
5.根据权利要求1所述的一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的轴盖板(10)、辊轴(12)、辊轴槽板(11)、长螺栓(13)共同组成简支夹具，位于两个基座(9)支撑部位和上部加载头(14)的两个支脚位置；各构件以轴盖板(10)－辊轴槽板(11)－辊轴(12)－工字梁试件(8)－辊轴(12)－辊轴槽板(11)－基座面板(9)的顺序将工字梁试件(8)夹住，通过长螺栓(13)连接轴盖板(10)与基座面板(9)将工字梁试件(8)夹紧。
6.根据权利要求1所述的一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的右侧矩形连接结构(3)通过固定螺栓(24)与右侧固定支架(16)相连接，右侧矩形连接结构(3)通过固定螺栓(24)与传动圆柱(17)连接，左右两侧的矩形连接结构(3)与三角形连接结构(5)对齐孔位，由连接活动轴(4)穿入孔中固定。
7.根据权利要求1所述的一种工字梁拉弯组合载荷试验机构，其特征在于，所述的工字梁试件(8)工字型上下两侧与端部夹板(6)通过固定螺栓(24)连接，工字型左右两侧与端部支撑板(7)通过固定螺栓(24)连接；端部夹板(6)、端部支撑板(7)和工字梁(8)通过孔对齐由固定螺栓(24)连接；工字梁(8)上下两侧端部夹板(6)和左右两侧端部支撑板(7)与三角形连接结构(5)通过固定螺栓(24)连接。
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