CN107966259A - 纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置 - Google Patents

Abstract

一种纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置,属于振动疲劳测试技术领域，包括外箱、设置在外箱内的基座和试验箱，和设置在基座上的电机、旋转加速器及导管，电机的壳体固定设置在基座上，电机的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴，旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳和设置在机壳内的主动转子和从动转子，主动转子固定套装在动力输入轴上，从动转子能够相对主动转子轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器，主动转子与从动转子上均设置有相互啮合的齿，导管的下端与主动转子的边缘相对应,试验箱设置在导管的上方，试验箱的下部设置有与导管相对应的开口，试验箱内设置有旋转风机、碳纤维加热管、冷却系统、温度传感器和试验台。

Description

纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置

技术领域：

本发明属于振动疲劳测试技术领域，具体是一种纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置。

背景技术：

纤维增强复合材料及其结构的比强度高、比模量高、材料具有可设计性、热稳定性好，而且还具有承载力大、重量轻等优点，广泛应用于航空、航天、机械、船舶、体育器械、电气设备、医学、兵器工业与化学工业等领域。随着现代工业水平的不断提高，很多纤维增强复合薄壁构件，例如复合材料叶片、复合材料整体叶盘以及复合圆柱壳，其经常工作在高速旋转、高温、冲击、腐蚀气体冲蚀等恶劣环境中，由此带来的振动疲劳、振动失效问题越来越突出。

为了有效地对上述复合薄壁构件进行振动抑制，克服其疲劳失效问题，需要设计并开发可效模拟振动、声激、气激，高温等多种激振方式的试验装置或系统，并加深相关振动测试技术及方法的研究，进而掌握其在不同激励环境下的振动行为特点。

目前，人们在冲击振动以及高温领域进行了深入的研究，已经设计了一些冲击振动试验装置，但依旧存在一些问题。专利CN200810242905.4，专利CN201410041022.2，专利CN201410359334.8，专利CN201410418991.5分别是不同的试验构想，但在原理上皆是采用自由落体的方式，通过控制释放物体的高度来调节冲击时的速度，冲量。其结构简单，但是功能单一，适用范围极其有限，只能应用于竖直方式施加冲击，结构不紧凑，想要获得大的冲击就得有更高的下落高度，空间利用率低，且冲击的物体在施加冲击之后不能及时有效地与被测试材料分离，无论是回弹引起的二次冲击还是冲击物本身对试验的准确度影响都是相当大的。专利CN200910197140-1提出了一种高速钢球冲击测试装置，采用的是电磁感应原理对钢球实施加速，因此难以保证钢球出击的速度，其不确定性大，推力较小，无法施加较大的冲击，适用范围窄；专利CN201420808043，专利CN200320122091，专利CN201120441056，专利CN201280060161分别提供了不同的加温方法，但是在结构上不够紧凑，空间利用率低，且大都应用于专门领域，通用性低，温度控制范围窄，控制精度低；且这些专利都是分开的的模块，很难将两者结合在一起，功能单一。

发明内容：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种适用范围广、可靠性高、能够同时提供冲击载荷和热载荷的纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，包括外箱、设置在外箱内的基座和试验箱，和设置在基座上的电机、旋转加速器及导管，所述电机的壳体固定设置在基座上，电机的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴，所述旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳和设置在机壳内的主动转子和从动转子，所述主动转子固定套装在动力输入轴上，从动转子能够相对主动转子轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器，所述主动转子与从动转子上均设置有相互啮合的齿，所述导管设置在旋转加速器的机壳上，导管的下端与主动转子的边缘相对应，其特点在于，所述试验箱设置在导管的上方，试验箱的下部设置有与导管相对应的开口，试验箱内设置有旋转风机、碳纤维加热管、冷却系统、温度传感器和试验台，所述试验台设置在导管的上方，试验台上设置有用于装夹待测件的夹具，在试验箱的正面和上面均设置有透明观察窗，试验箱上面的透明观察窗上方的外箱上设置有能够移动的激光测振仪。

作为进一步改进，所述基座通过丝杠和支座设置在外箱内，用于方便调整导管的对应的位置。

为了更加精准的测定试验箱内的温度，所述温度传感器为热电偶温度传感器，在试验箱内的四个顶角分别设置有一个。

为了提高激光测振仪的测定精度，所述激光测振仪通过步进电机带动。

所述试验箱是由耐高温隔热材料制成的。

本发明的有益效果：复合材料的冲击速度、冲量大小均方便控制，能够快速设置冲击位置、准确的测定振动数据和冲击结果，且具备稳定的工作能力。

附图说明：

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的试验箱的内部结构示意图；

图3是图2的试验台的结构示意图；

图4是图1的基座、电机、旋转加速器及导管的结构示意图；

图5是图4的旋转加速器的结构示意图；

其中：1-外箱，2-试验箱，3-电机，4-透明观察窗，5-激光测振仪，6-旋转加速器，7-基座，8-碳纤维加热管，9-旋转风机，10-温度传感器，11-试验台，12-夹具，13-导管，14-电磁分离器，15-主动转子，16-从动转子，17-钢珠，18-横向丝杠，19-纵向丝杠。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明，如图1~图5所示，一种纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，包括外箱1、设置在外箱1内的基座7和试验箱2，和设置在基座7上的电机3、旋转加速器6及导管13，所述电机3的壳体固定设置在基座7上，电机3的输出轴连接旋转加速器6的动力输入轴，所述旋转加速器6包括固定设置在基座7上的机壳和设置在机壳内的主动转子15和从动转子16，所述主动转子15固定套装在动力输入轴上，从动转子16能够相对主动转子15轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器14，所述主动转子15与从动转子16上均设置有相互啮合的齿，在齿间能够夹紧钢珠17，所述导管13设置在旋转加速器6的机壳上，导管13的下端与主动转子15的边缘相对应，所述试验箱2设置在导管13的上方，试验箱2的下部设置有与导管13相对应的开口，试验箱2内设置有旋转风机9、碳纤维加热管8、冷却系统、温度传感器10和试验台11，所述试验台11设置在导管13的上方，试验台11上设置有用于装夹待测件的夹具12，在试验箱2的正面和上面均设置有透明观察窗4，试验箱2上面的透明观察窗4上方的外箱上设置有能够移动的激光测振仪5。所述制冷系统采用压缩机系统或半导体制冷系统，用于配合碳纤维加热管8控制试验箱2内的温度。

作为进一步改进，所述基座7通过横向丝杠18、纵向丝杠19和与之配合的支座设置在外箱1内，用于方便调整导管的对应的位置，所述横向丝杠18与纵向丝杠19能够通过步进电机带动，也可以通过手动调节其位置。

为了更加精准的测定试验箱内的温度，所述温度传感器10为热电偶温度传感器，在试验箱2内的四个顶角分别设置有一个。

为了提高激光测振仪5的测定精度，所述激光测振仪5通过步进电机带动，能够在外箱1上与导管13配合移动，对待测件的直接冲击点进行测振，也可以测振试验中非冲击点的振动情况。所述试验箱2是由耐高温隔热材料制成的。

在利用本发明的纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置对待测件进行试验时，须采用如下步骤：

步骤一、将待测件装夹在夹具12上，将试验箱2内的碳纤维加热管8通电，同时根据温度传感器10反馈的温度，通过碳纤维加热管8和制冷系统控制试验箱2内的温度稳定在试验所需的温度范围内；

步骤二、将钢珠17设置在主动转子15与从动转子16之间的齿间，控制电磁分离器14将主动转子15与从动转子16吸合，紧紧的夹住钢珠17；

步骤三、通过电机3带动主动转子15转动，当速度达到预设值时，控制电磁分离器14使主动转子15与从动转子16分离，释放钢珠17，使钢珠通过导管13冲击试验台11上装夹的待测件，通过激光测振仪5记录冲击过程中的数据。

以上是一次实验的操作步骤，如果需要对冲击的冲量、冲击位置等试验参数进行调整时，则可以通过调节电机3转速、钢球17的质量、导管13与实验台11的相对位置、激光测振仪5的位置和方向来实现不同试验因素下的实验成果。

Claims (5)

1.一种纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，包括外箱、设置在外箱内的基座和试验箱，和设置在基座上的电机、旋转加速器及导管，所述电机的壳体固定设置在基座上，电机的输出轴连接旋转加速器的动力输入轴，所述旋转加速器包括固定设置在基座上的机壳和设置在机壳内的主动转子和从动转子，所述主动转子固定套装在动力输入轴上，从动转子能够相对主动转子轴向滑动，在从动转子轴上设置有电磁分离器，所述主动转子与从动转子上均设置有相互啮合的齿，所述导管设置在旋转加速器的机壳上，导管的下端与主动转子的边缘相对应，其特征在于，所述试验箱设置在导管的上方，试验箱的下部设置有与导管相对应的开口，试验箱内设置有旋转风机、碳纤维加热管、冷却系统、温度传感器和试验台，所述试验台设置在导管的上方，试验台上设置有用于装夹待测件的夹具，在试验箱的正面和上面均设置有透明观察窗，试验箱上面的透明观察窗上方的外箱上设置有能够移动的激光测振仪。

2.根据权利要求1所述的纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，其特征在于，所述基座通过丝杠和支座设置在外箱内。

3.根据权利要求1所述的纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，其特征在于，所述温度传感器为热电偶温度传感器，在试验箱内的四个顶角分别设置有一个。

4.根据权利要求1所述的纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，其特征在于，所述激光测振仪通过步进电机带动。

5.根据权利要求1所述的纤维增强复合薄壁构件的冲击与热复合试验装置，其特征在于，所述试验箱是由耐高温隔热材料制成的。