CN108036998A - 一种定应力/定应变测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种定应力/定应变测试装置，定应力试验系统和定应变试验系统共用一个加载框架，并且该加载框架的通过中间的隔板分为上下两层，上层为定应变试验系统加载单元，下层为定应力试验系统加载单元；在所述定应力试验系统加载单元内有砝码隔板。在定应变试验系统传感器安装在定应变试验系统加载单元顶板下表面。定应力试验系统传感器安装在砝码隔板的下表面。本发明是对现有的定应力/定应变测试试验装置进行了改进得到的，将试验柜分为上下结构，对整个测试空间有了更为合理地利用，在试验全过程无需人工记录的情况下实现试验数据实时采集与曲线生成，对发动机药柱结构完整性与使用寿命等方面提供及时、准确的试验数据。

Description

一种定应力/定应变测试装置
技术领域
本发明属于固体火箭发动机技术领域，涉及一种用于实时采集推进剂的定应力/定应变测试试验数据定应力/定应变测试装置。
背景技术
现有的定应力生产工艺是在简易支架上将样品施加恒定应力后，每天人工进行观察记录，待三个月后完成测试。现有的定应变生产工艺使用材料试验机将样品拉伸至恒定应变后，将样品携带工装取下，挂于墙上，每天人工进行记录采集，待三个月后完成测试。
原测试条件下整个实验占地面积大，操作不易，实验过程需操作人员现场观察记录数据，存在的数据准确率低、数据记录覆盖面不全等问题。
在国内外尚未有与本发明一样的测试装置，由于本发明测试的是精确度需要极高的推进剂的力学性能。而现有的专利中只有对应力应变进行简单的测试。如申请号为201220678875.3和申请号为201420625460.9的应力应变测试仪，虽然这两种装置也是对应力应变进行测试的装置，但精确度差，测得数据不准确，根本无法满足对复合固体推进剂测试的精度的需求，不能满足复合固体推进剂安全性能的要求。申请号为201120483215.5的应力测试装置不能满足复合固体推进剂对应变的要求
发明内容
为克服现有技术中存在的数据准确率低、数据记录覆盖面不全的不足，本发明提出了一种定应力/定应变测试装置
本发明所述的定应力试验系统和定应变试验系统共用一个加载框架，并且该加载框架的下部安装定应力试验系统；上部安装定应变试验系统。
所述的加载框架为框架结构，通过中间的隔板分为上下两层，每层分别为一个加载单元。其中的上层为定应变试验系统加载单元，下层为定应力试验系统加载单元；在所述定应力试验系统加载单元内有砝码隔板。在所述定应变试验系统加载单元顶板下表面的几何中心有上连接杆，定应变试验系统传感器安装在该连接杆内，并通过数据线与数据采集系统连接。在所述砝码隔板的下表面有用于连接试件的挂件，定应力试验系统传感器安装在该挂件内，并通过数据线与数据采集系统连接。
所述的定应力试验系统包括下拉杆、砝码、导向套和缓冲器，其中缓冲器安装在工作单元下层底板的几何中心。导向套安装在所述砝码隔板几何中心的通孔中；下拉杆穿过所述导向套，上端连接在试件下表面的连接杆上，下端的托盘位于砝码隔板下方，砝码安放在该托盘的上表面。
所述砝码上表面对称的分布有一对螺栓，在安装试件时，将该砝码向上托举，使砝码的上表面与所述砝码隔板的下表面贴合，并使所述的一对螺栓的顶端穿过该砝码隔板上的通孔至砝码隔板上方，并将各所述螺栓嵌入插板的U形槽中，通过该插板将所述砝码挂在砝码隔板的下表面。
所述的缓冲器采用弹簧缓冲器。该缓冲器的上端位于所述砝码内。
所述的定应变试验系统包括夹具、定应变试验系统传感器、上安装板、下安装板、锁紧套和上拉杆。其中上安装板上表面的连接杆与所述上连接杆连接。定应变试验系统传感器固定在该上安装板的下表面。夹具中的上夹头连接在所述定应变试验系统传感器的下表面，该夹具中的下夹头固定在上拉杆的上端面。所述上拉杆的下端穿过所述下安装板上的通孔，以及固定在该下安装板下表面的锁紧套的中心孔，并使该上拉杆与所述下安装板和锁紧套之间滑动配合。
所述加载框架有两个，并且两个加载框架连接在一起，各加载框架内分别有定应力试验系统加载单元和定应变试验系统加载单元，形成了双组合的加载单元。
本发明是对现有的定应力/定应变测试试验装置进行了改进得到的，并通过数据采集系统，实时采集实验数据。
所述的定应力试验装置主要由定应力试验系统传感器、加载砝码、缓冲器装置、试验夹具及相关联接件等部件组成，所述的定应变试验装置主要由框架、定应变试验系统传感器、试验夹具及相关联接部件组成；所述数据采集系统通过数据采集板卡对所述定应力测试和定应变测试进行数据采集。
本发明是用于实时监测执行定应力/定应变测试，定应力试验是给样品施加一恒定的应力后，由应变传感器实时采集样品的应变，并通过数字处理器在电脑上显示曲线、记录数据并储存，获得完整的应变/时间曲线将获取样品从受力到断裂的全过程中应变的变化曲线。定应变试验是通过定应变测试试验工装将样品拉伸到一定的应变并保持不变，由应力传感器实时采集样品的应力，并通过数字化处理，在电脑上显示曲线、记录数据并储存，获得完整的应力/时间曲线将获取样品从受力到断裂的全过程中应力的变化曲线。
本发明实现定应力/定应变测试一体化，将试验柜分为上下结构，对整个测试空间有了更为合理地利用，在试验全过程无需人工记录的情况下实现试验数据实时采集与曲线生成，对发动机药柱结构完整性与使用寿命等方面提供及时、准确的试验数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明运用数据采集系统实现了实时采集定应力/定应变测试试验数据的全程记录，彻底改变了现有技术中这一方面的空白。运用数据采集板卡保证了数据采集精度，可实时观测并获得完整的应变/时间曲线及应力/时间曲线，操作人员无需每天进入测试现场记录。试验柜体采用上下结构测试一体化，减少样品占地面积，增加人员操作空间，对整个测试空间有了更为合理地利用。本发明增强了操作的自动化程度，降低了操作人员的劳动强度，提高了测试精度，通过对各种样品进行定应力/定应变试验，结果稳定，准确，满足使用要求，可以广泛推荐并使用。
本发明实现固体火箭发动机定应力/定应变测试试验数据实时采集，减少操作人员每天进入测试现场的次数。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的剖视图。
图4为图1的剖视图，4a是A-A向视图，4c是C-C向视图，4b是B-B向视图。
图中：
1.穿销；2.托盘；3.下拉杆；4.定应力试验系统传感器；5.砝码；6.插板；7.缓冲器；8.导向套；9.上连接杆；10.支柱；11.下安装板；12.锁紧套；13.上拉杆；14.夹头；15.上安装板；16.定应变试验系统传感器；17.三角支架；18.隔板；19.砝码隔板。
具体实施方式
本实施例是一种定应力/定应变测试装置，包括定应力试验系统和定应变试验系统。其中，所述的定应力试验系统和定应变试验系统位于一个加载框架内，即两种试验系统共用一个加载框架，并且该加载框架的下部安装定应力试验系统；上部安装定应变试验系统。
所述的加载框架为框架结构，通过中间的隔板18分为上下两层，每层分别为一个加载单元。其中的上层为定应变试验系统加载单元，下层为定应力试验系统加载单元；在所述加载框架的下层内有砝码隔板19。在上层加载单元顶板的下表面几何中心有上连接杆9，定应变试验系统传感器16安装在该连接杆内，并通过数据线与数据采集系统连接。在所述砝码隔板的下表面有用于连接试件的挂件，定应力试验系统传感器4安装在该挂件内，并通过数据线与数据采集系统连接。
所述的定应力试验系统包括下拉杆3、砝码5、导向套8、缓冲器7，其中缓冲器7安装在加载单元下层底板的几何中心。导向套8安装在所述砝码隔板几何中心的通孔中；下拉杆3穿过所述导向套，上端通过销子连接在试件下表面的连接杆上，下端的托盘位于砝码隔板19下方，砝码5安放在该托盘的上表面。所述砝码上表面对称的分布有一对螺栓20，在安装试件时，将该砝码向上托举，使砝码的上表面与所述砝码隔板的下表面贴合，并使所述的一对螺栓的顶端穿过该砝码隔板上的通孔至砝码隔板上方，并将各所述螺栓嵌入插板6的U形槽中，通过该插板将所述砝码挂在砝码隔板的下表面。
所述的缓冲器采用现有技术中的缓冲器弹簧。该缓冲器的上端位于所述砝码内，当砝码掉落时，通过该缓冲器支撑砝码。
所述的定应变试验系统位于上加载单元内，包括夹具14、定应变试验系统传感器16、上安装板15、下安装板11、锁紧套12和上拉杆13。其中上安装板15上表面的连接杆与所述上连接杆9通过销子连接。定应变试验系统传感器16固定在该上安装板的下表面。夹具14中的上夹头连接在所述定应变试验系统传感器的下表面，该夹具中的下夹头固定在上拉杆13的上端面。所述上拉杆13的下端穿过所述下安装板11上的通孔，以及固定在该下安装板下表面的锁紧套12的中心孔，并使该上拉杆与所述下安装板和锁紧套之间滑动配合。
为节约空间，提高试验效率，本实施例中的加载框架两个，并且两个加载框架连接在一起，各加载框架内分别有定应力试验系统加载单元和定应变试验系统加载单元，形成了双组合的加载单元。
定应力测试试验：将控制室主控电脑及控制系统打开，联机调试。确认系统连接无误。将试样安装好后，将测量试样变形的定应力试验系统传感器固定到位。如果要进行300N试验，则用升降车将300N砝码轻微升起，移动插板锁牢螺母后，进行300N试验力加载。此时导向套对砝码杆起到一个约束的作用，使其摆动很小；当试样断裂后，通过缓冲器对砝码起到缓冲的作用。运行试验软件，由定应力试验系统传感器长期监控试样应变的变化，进行定应力试验，直至试验结束。
未改进时定应力采集的数据
改进后定应力装置采集的数据
定应变测试试验：将控制室主控电脑及控制系统打开，联机调试。确认系统连接无误。将实验室环境条件调整到试验要求条件后，将移动加载试验机推到实验室内固定到合适位置。将移动加载试验机电器及电脑打开，进入试验软件。调试试验机动作，确保操作动作无误。在移动加载框架上安装好试验用的试样后，固定在移动加载试验机上。控制移动加载试验机移动横梁对加载导向杆恒速进行加载，使试样产生变形。当达到规定的应变值后，移动加载机进行位移保载。这时将锁紧套锁死以保持试样的应变值。将移动加载框架从移动试验机上移走，挂在框架主机上端连接件上，穿好穿销。运行试验软件，由定应力传感器长期监控试样应力的变化，进行定应变试验，直至试验结束。
未改进时定应变装置采集的数据：
改进后定应变装置采集的数据
所述的试验测试结果分别通过数据采集模块实时采集。
所述数据采集模块分为两路，分别采集1路负荷传感器信号和1路增量编码器信号。根据合同数量和实验室布局要求，共需要64个采集通道,每个实验室16个采集通道。采集板卡数据采集模块的主控CPU采用32bitARM-CM3内核，工作频率92.16MHZ，AD转换器采样频率1.2KHZ，因此在数据采集上满足1000HZ的技术要求。采集板卡与上位计算机采用以太网通信模式，16个通道与1台PC通过1台24口工业交换机构成一个局域网，共4个局域网采用UDP/IP协议。每块板卡的通信数据量为64bytes，则1秒钟计算机接收的数据量最大为：64×8×16×1000/1024/1024＝7.8125Mbit,数据采集模块支持的以太网通信速率为100Mbit/s,因此在数据通信上满足1000HZ的技术要求。
数据采集后通过计算机终端设备显示观测采集到的数据、试验结果和试验过程。
所述的观测内容包括公司标识和软件名称、系统菜单、数据显示区、当前状态栏。所述的数据显示区包括试验按钮和显示的LED窗口；所述的当前状态栏包括当前登陆的用户名称，当前各通道的显示单位，当前日期和时间。
所述试验数据结果可以被打印。
本实施例是运用传感器实时采集数据，将定应力/定应变测试数据采集从无到有，提高了测试过程数据采集精度，并降低人员作业劳动强度。

Claims (6)

1.一种定应力/定应变测试装置，其特征在于，所述的定应力试验系统和定应变试验系统共用一个加载框架；所述的加载框架通过中间的隔板分为上下两层，每层分别为一个加载单元；其中的上层为定应变试验系统加载单元，下层为定应力试验系统加载单元；在所述定应力试验系统加载单元内有砝码隔板；在所述定应变试验系统加载单元顶板下表面的几何中心有上连接杆，定应变试验系统传感器安装在该连接杆内，并通过数据线与数据采集系统连接；在所述砝码隔板的下表面有用于连接试件的挂件，定应力试验系统传感器安装在该挂件内，并通过数据线与数据采集系统连接。
2.如权利要求1所述定应力/定应变测试装置，其特征在于，所述的定应力试验系统包括下拉杆、砝码、导向套和缓冲器，其中缓冲器安装在工作单元下层底板的几何中心；导向套安装在所述砝码隔板几何中心的通孔中；下拉杆穿过所述导向套，上端连接在试件下表面的连接杆上，下端的托盘位于砝码隔板下方，砝码安放在该托盘的上表面。
3.如权利要求2所述定应力/定应变测试装置，其特征在于，所述砝码上表面对称的分布有一对螺栓，在安装试件时，将该砝码向上托举，使砝码的上表面与所述砝码隔板的下表面贴合，并使所述的一对螺栓的顶端穿过该砝码隔板上的通孔至砝码隔板上方，并将各所述螺栓嵌入插板的U形槽中，通过该插板将所述砝码挂在砝码隔板的下表面。
4.如权利要求2所述定应力/定应变测试装置，其特征在于，所述的缓冲器采用弹簧缓冲器；该缓冲器的上端位于所述砝码内。
5.如权利要求1所述定应力/定应变测试装置，其特征在于，所述的定应变试验系统包括夹具、定应变试验系统传感器、上安装板、下安装板、锁紧套和上拉杆；其中上安装板上表面的连接杆与所述上连接杆连接；定应变试验系统传感器固定在该上安装板的下表面；夹具中的上夹头连接在所述定应变试验系统传感器的下表面，该夹具中的下夹头固定在上拉杆的上端面；所述上拉杆的下端穿过所述下安装板上的通孔，以及固定在该下安装板下表面的锁紧套的中心孔，并使该上拉杆与所述下安装板和锁紧套之间滑动配合。
6.如权利要求1所述定应力/定应变测试装置，其特征在于，所述加载框架有两个，并且两个加载框架连接在一起，各加载框架内分别有定应力试验系统加载单元和定应变试验系统加载单元，形成了双组合的加载单元。
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