CN107843187B - 自适应横向变形测量装置及测量方法 - Google Patents

自适应横向变形测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应横向变形测量装置及测量方法，包括弹性钢板、位于所述弹性钢板上表面的上电阻应变计、位于所述弹性钢板下表面的下电阻应变计、均通过水平伺服电机可水平滑动地安装在所述弹性钢板两端的刚性夹臂、安装在每个所述刚性夹臂端部的螺栓及设置在每个所述螺栓内端部的磁性螺母；所述水平伺服电机、所述高度伺服电机、所述上电阻应变计及所述下电阻应变计均与数据采集器电连，所述数据采集器与终端相连测量装置成本低、结构简单、易于维护，且可动态精确的测量实验过程中待测量钢管试件的横向变形，测量方便。

Description

自适应横向变形测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于横向变形动态测量技术领域，具体涉及一种自适应横向变形测量装置及测量方法。
背景技术
当前，位移计已成为结构试验中必不可少的工具之一，能便捷地测量出试件的位移变形，为试验的顺利进行提供了基本保障。但是现有的位移计一般只能单一地测量试件运动方向上的位移，表盘精密，易损坏；另外，由于运动过程中测量点的偏移，误差较大。所以，在需要测量与试件运动方向不一致的变形或对精度要求较高时，例如在钢管弯曲实验中钢管横向变形的测量，这种位移计就变得不适用了，目前传统做法是采用游标卡尺分别测量钢管实验不同阶段的横向尺寸，这样不仅效率低，游标卡尺摆放位置人为因素影响大，测量误差大，而且只能静态测量不同阶段数据，无法达到连续动态实验的测量要求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能动态精确测量试件横向变形的自适应横向变形测量装置及测量方法。
为实现上述目的，本发明所设计的自适应横向变形测量装置，包括弹性钢板、位于所述弹性钢板上表面的上电阻应变计、位于所述弹性钢板下表面的下电阻应变计、均通过水平伺服电机可水平滑动地安装在所述弹性钢板两端的刚性夹臂、安装在每个所述刚性夹臂端部的螺栓及设置在每个所述螺栓内端部的磁性螺母；
每个所述刚性夹臂包括底部连接柱、设置在所述底部连接柱端部的竖直导向杆、设置在所述竖直导向杆侧面端部的所述高度伺服电机及带竖直导向滑槽的所述上部夹持臂，所述上部夹持臂的外侧面开有与所述竖直导向滑槽连通的竖直导向孔，所述竖直导向杆的顶端插入所述上部夹持臂的竖直导向滑槽内，且所述高度伺服电机穿过所述竖直导向孔；
所述水平伺服电机、所述高度伺服电机、所述上电阻应变计及所述下电阻应变计均与数据采集器电连，所述数据采集器与终端相连。
进一步地，所述弹性钢板的两端各开有一水平导向孔，每个所述刚性夹臂的所述底部连接柱的底部均设有穿过所述水平导向孔的底部导向杆，所述水平伺服电机设置在所述底部导向杆的底部。
进一步地，还包括套置在所述螺栓上且位于所述刚性夹臂外侧的外螺母和套置在所述螺栓上且位于所述刚性夹臂内侧的内螺母。
进一步地，所述磁性螺母的内侧面为曲面，曲面的曲率与待测量钢管试件的曲面曲率相等。
一种如上述所述自适应横向变形测量装置的测量方法，所述测量方法如下：
1)根据待测量钢管试件尺寸，分别对水平伺服电机、高度伺服电机进行粗调；
2)在待测量钢管试件需要测量横向变形的截面位置两侧分别固定在磁性螺母上，调节外螺母、螺栓和内螺母将待测量钢管试件固定安装在测量装置上；
3)微调水平伺服电机、高度伺服电机至弹性钢板无初始变形状态，数据采集器采集上电阻应变计和下电阻应变计的初始状态数据，同时，数据采集器采集两个水平伺服电机之间的间距和高度伺服电机的高度；
4)开始试验，待测量钢管试件发生横向变形过程中，数据采集器连续动态地采集上电阻应变计和下电阻应变计的应变量，待测量钢管试件依次经历弹性阶段、塑形阶段、极限状态直至待测量钢管试件崩溃，结束试验；
5)试验结束，终端对数据采集器采集的数据进行计算处理，得到并显示待测量钢管试件横向变形-时间历程曲线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的自适应横向变形测量装置测量装置成本低、结构简单、易于维护，且可动态精确的测量实验过程中待测量钢管试件的横向变形，测量方便。
附图说明
图1为本发明自适应横向变形测量装置结构示意图；
图2为图1中部分结构主视示意图。
图中各部件标号如下：
待测量钢管试件1、磁性螺母2、刚性夹臂3(其中：底部连接柱3.1、竖直导向杆3.2、上部夹持臂3.3、竖直导向滑槽3.4、竖直导向孔3.5、底部导向杆3.6)、螺栓4、外螺母5、内螺母6、水平伺服电机7、弹性钢板8(其中：水平导向孔8.1)、上电阻应变计9、下电阻应变计10、高度伺服电机11、数据采集器12、终端13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示自适应横向变形测量装置，包括弹性钢板8、位于弹性钢板8上表面的上电阻应变计9、位于弹性钢板8下表面的下电阻应变计10、均通过水平伺服电机7可水平滑动地安装在弹性钢板8两端的刚性夹臂3(即一个刚性夹臂3通过水平伺服电机7可水平滑动地安装在弹性钢板8的一端，另一个刚性夹臂3通过水平伺服电机7可水平滑动地安装在弹性钢板8的另一端)、安装在每个刚性夹臂3端部的螺栓4及设置在每个螺栓4内端部的磁性螺母2，以及套置在螺栓4上且位于刚性夹臂3外侧的外螺母5和套置在螺栓4上且位于刚性夹臂3内侧的内螺母6。本实施例中，磁性螺母2的内侧面为曲面，曲面的曲率与待测量钢管试件1的曲面曲率相等，既保证了在安装过程中不会影响待测量钢管试件的力学性能，又方便安装拆卸。
如图2所示，每个刚性夹臂3包括底部连接柱3.1、设置在底部连接柱3.1端部的竖直导向杆3.2、设置在竖直导向杆3.2侧面端部的高度伺服电机11及带竖直导向滑槽3.4的上部夹持臂3.3，上部夹持臂3.3的外侧面开有与竖直导向滑槽3.4连通的竖直导向孔3.5，竖直导向杆3.2的顶端插入上部夹持臂3.3的竖直导向滑槽3.4内，且高度伺服电机11穿过竖直导向孔3.5，竖直导向杆3.2带动底部连接柱3.1和弹性钢板8通过高度伺服电机11升降且锁定；另外，弹性钢板8的两端各开有一水平导向孔8.1，每个刚性夹臂3的底部连接柱3.1的底部均设有穿过水平导向孔8.1的底部导向杆3.6，水平伺服电机7设置在底部导向杆3.6的底部，水平伺服电机7带动刚性夹臂3水平移动且锁定。
水平伺服电机7、高度伺服电机11、上电阻应变计9及下电阻应变计10均与数据采集器12电连，数据采集器12与终端13相连。对于不同大小待测量钢管试件的测量，水平伺服电机7和高度伺服电机11可分别自动调节刚性夹臂3高度以及两个刚性夹臂3间距来适应，并将其数据输入数据采集器12。
本发明的自适应横向变形测量装置：在进行钢管弯曲实验时，测量装置的磁性螺母2吸附在待测量钢管试件1需要测量的位置，调节外螺母5、螺栓4和内螺母6将待测量钢管试件1固定安装在测量装置上，在待测量钢管试件1弯曲时，根据金属体积不变原理待测量钢管试件1会发生横向变形，两侧刚性夹臂3会随之张开，而由于刚性夹臂3刚性大，基本不会产生变形，随之将待测量钢管试件1的横向变形传递给下部的弹性钢板8，弹性钢板8上下表面分别装有上电阻应变计9和下电阻应变计10；在测量过程中上电阻应变计9和下电阻应变计10将应变量输出到数据采集器12输入端，经放大后同刚性夹臂3高度以及横向间距一起输出到终端13进行计算、处理得到待测量钢管试件的横向变形-时间历程曲线。待测量钢管试件变形过程中测量点始终在同一位置，不仅保证了测量精度，也为连续动态测量提供了必要条件，该测量装置成本低、结构简单、易于维护，且可动态精确的测量实验过程中待测量钢管试件的横向变形。
本发明自适应横向变形测量装置的工作过程如下：
1)根据待测量钢管试件1尺寸，分别对水平伺服电机7、高度伺服电机11进行粗调，以便于待测量钢管试件1安装；
2)如图1、2所示，在待测量钢管试件1需要测量横向变形的截面A-A位置两侧分别固定在磁性螺母2上，调节外螺母5、螺栓4和内螺母6将待测量钢管试件1固定安装在测量装置上；
3)微调水平伺服电机7、高度伺服电机11至弹性钢板8基本无初始变形状态，数据采集器12采集上电阻应变计9和下电阻应变计10的初始状态数据，同时，数据采集器12采集两个水平伺服电机7之间的间距和高度伺服电机11的高度；
4)开始试验，待测量钢管试件1发生横向变形过程中，数据采集器12连续动态地采集上电阻应变计9和下电阻应变计10的应变量，待测量钢管试件1依次经历弹性阶段、塑形阶段、极限状态直至待测量钢管试件崩溃，结束试验；
5)试验结束，终端13对数据采集器采集12的数据进行计算处理，得到并显示待测量钢管试件1横向变形-时间历程曲线。

Claims (2)

1.一种自适应横向变形测量装置，其特征在于：包括弹性钢板(8)、位于所述弹性钢板(8)上表面的上电阻应变计(9)、位于所述弹性钢板(8)下表面的下电阻应变计(10)、均通过水平伺服电机(7)可水平滑动地安装在所述弹性钢板(8)两端的刚性夹臂(3)、安装在每个所述刚性夹臂(3)端部的螺栓(4)及设置在每个所述螺栓(4)内端部的磁性螺母(2)；
每个所述刚性夹臂(3)包括底部连接柱(3.1)、设置在所述底部连接柱(3.1)端部的竖直导向杆(3.2)、设置在所述竖直导向杆(3.2)侧面端部的高度伺服电机(11)及带竖直导向滑槽(3.4)的上部夹持臂(3.3)，所述上部夹持臂(3.3)的外侧面开有与所述竖直导向滑槽(3.4)连通的竖直导向孔(3.5)，所述竖直导向杆(3.2)的顶端插入所述上部夹持臂(3.3)的竖直导向滑槽(3.4)内，且所述高度伺服电机(11)穿过所述竖直导向孔(3.5)；
所述水平伺服电机(7)、所述高度伺服电机(11)、所述上电阻应变计(9)及所述下电阻应变计(10)均与数据采集器(12)电连，所述数据采集器(12)与终端(13)相连；
所述弹性钢板(8)的两端各开有一水平导向孔(8.1)，每个所述刚性夹臂(3)的所述底部连接柱(3.1)的底部均设有穿过所述水平导向孔(8.1)的底部导向杆(3.6)，所述水平伺服电机(7)设置在所述底部导向杆(3.6)的底部；还包括套置在所述螺栓(4)上且位于所述刚性夹臂(3)外侧的外螺母(5)和套置在所述螺栓(4)上且位于所述刚性夹臂(3)内侧的内螺母(6)；所述磁性螺母(2)的内侧面为曲面，曲面的曲率与待测量钢管试件(1)的曲面曲率相等。
2.一种如权利要求1所述自适应横向变形测量装置的测量方法，其特征在于：所述测量方法如下：
1)根据待测量钢管试件(1)尺寸，分别对水平伺服电机(7)、高度伺服电机(11)进行粗调；
2)在待测量钢管试件(1)需要测量横向变形的截面位置两侧分别固定在磁性螺母(2)上，调节外螺母(5)、螺栓(4)和内螺母(6)将待测量钢管试件(1)固定安装在测量装置上；
3)微调水平伺服电机(7)、高度伺服电机(11)至弹性钢板(8)无初始变形状态，数据采集器(12)采集上电阻应变计(9)和下电阻应变计(10)的初始状态数据，同时，数据采集器(12)采集两个水平伺服电机(7)之间的间距和高度伺服电机(11)的高度；
4)开始试验，待测量钢管试件(1)发生横向变形过程中，数据采集器(12)连续动态地采集上电阻应变计(9)和下电阻应变计(10)的应变量，待测量钢管试件(1)依次经历弹性阶段、塑形阶段、极限状态直至待测量钢管试件(1)崩溃，结束试验；
5)试验结束，终端(13)对数据采集器(12)采集的数据进行计算处理，得到并显示待测量钢管试件横向变形-时间历程曲线。
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