CN108225710A - 复合材料孔边面内冲击系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料孔边面内冲击系统及其使用方法。该系统包括：导轨组件，其具有倾斜段和水平段；冲击模块，其设置在所述导轨组件的上面，用于冲击复合材料；以及测速模块，其设置在所述导轨组件的水平段的端部，用于测量所述冲击模块的水平移动速度。所述导轨组件由滑梯式导轨、水平仪、挡板、框架、调节支座及平台组成，所述冲击模块由球形端头和配重块组成。该复合材料孔边面内冲击系统能够将冲击模块的势能转化为其水平移动的速度，实现复合材料孔边面内冲击，同时降低了轨道水平段在复合材料开口区的下陷高度，保证了冲击模块线速度方向平稳转变为水平方向，减少了冲击系统对复合材料开口区域尺寸的限制。
Description
技术领域
本发明属于冲击模块技术领域，具体涉及一种复合材料孔边面内冲击系统及其使用方法。
背景技术
目前，广泛应用于复合材料结构试验的冲击损伤装置是落锤式冲击损伤装置和冲击枪。其中，落锤式冲击损伤装置可以通过控制落锤的质量和落锤安装的初始高度来计算出作用在复合材料试验件上的冲击能量，并制造出相应的损伤；冲击枪依靠气压或弹簧等作用，推动冲击头，实现复合材料结构的冲击损伤制备。
然而，落锤式冲击损伤装置只能从上向下进行冲击，而其它方向上的损伤无法实现冲击。对于敞开式的结构，落锤式冲击损伤装置足以胜任，但是对于复合材料开口区域，特别是机翼下壁板维修孔，由于该开口区域四周封闭，落锤式冲击损伤装置必要尺寸较大，与孔边复合材料结构存在干涉，无法实现孔边面内方向的冲击。
相对于落锤式冲击损伤装置，冲击枪能实现不同方向的冲击，适用范围进一步提高。冲击枪采用气压或弹簧等推动冲击头，冲击头为加速到相应的速度，必须拥有足够的直线加速距离，导致冲击枪的尺寸较长。通常，机翼下壁板维修孔窄边约为250mm，为实现孔边冲击，只能倾斜枪口，导致冲击头速度方向与孔边面内方向偏移，与试验要求不符。另外，冲击枪的冲击头往往尺寸较小，对于能量较大的冲击损伤要求，只能提高冲击头的速度，加之冲击头冲击方向与孔边面内方向偏移，高速的冲击头与复合材料接触后反弹存在安全风险问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料孔边面内冲击系统及其使用方法，从而克服现有技术复合材料的冲击损伤过程中存在的只能从上向下进行冲击、无法实现孔边面内方向的冲击以及高速的冲击头与复合材料接触后反弹存在安全风险的问题。
为实现上述一个或多个目的，在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，该系统包括：
导轨组件，其具有倾斜段和水平段；
冲击模块，其设置在所述导轨组件的上面，用于冲击复合材料；以及
测速模块，其设置在所述导轨组件的水平段的端部，用于测量所述冲击模块的水平移动速度。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述导轨组件包括滑梯式导轨、水平仪、挡板、框架、调节支座及平台，所述平台设置于框架上面，所述调节支座设置于框架的下面。
所述滑梯式导轨的边缘表明相对平台的水平高度；所述导轨组件将冲击模块的势能转化为动能，并确保冲击模块速度方向水平；所述测速模块用于测量冲击模块的水平移动速度。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述冲击模块包括球形端头和配重块。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述球形端头为偏心球形端头；所述球形端头偏心位于配重块的端面，所述球形端头中心圆与所述配重块端面圆形内切。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述测速模块包括第一发射器、第二发射器及感应器，所述感应器用于记录冲击模块到达的时间。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述配重块为圆柱体结构。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述球形端头为直径16mm半球体。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统，所述系统还包括复合材料，所述复合材料设置于复合材料调节支座上并固定，冲击区域水平仪设置于复合材料的表面，将所述滑梯式轨道的水平段及平台嵌入复合材料孔中，所述复合材料孔用于复合材料零部件装配检修。
在本发明的一个实施方案中，一种复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，使用如权利要求1所述的复合材料孔边面内冲击系统进行如下操作，所述使用方法包括：
能量调试步骤，包括：反复调整冲击模块在导轨上的初始放置位置，确保冲击能量达到冲击试验要求的能量值，并注明对应的初始放置位置；
试验准备步骤，包括：将滑梯式轨道水平段及平台嵌入复合材料孔，调节调节支座，使球形端头顶点正对孔边冲击点位置，通过水平仪判断并确保滑梯式轨道水平段及平台处于水平状态；固定调节支座及复合材料调节支座；以及
冲击试验步骤，包括：将冲击模块放置于标记位置，冲击模块通过滑梯式导轨将势能转化为其水平移动的速度，实现对复合材料开口孔边面内冲击；利用测速模块测量冲击模块的水平移动速度，并计算冲击试验的冲击能量。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，所述能量调试步骤中，当选择民机复合材料机翼下壁板检修孔作为冲击对象时，所述冲击试验要求的能量值为35J(冲击值)。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，所述能量调试步骤中，包括：预估冲击模块在导轨上的初始放置位置，并做标记；冲击模块在重力作用下自由滑动，当冲击模块达到第一发射器时，挡住其发射信号，感应器记录该时刻t1；当冲击模块达到第二发射器时，挡住其发射信号，感应器记录该时刻t2。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，所述能量调试步骤中，包括：所述第一发射器与所述第二发射器的距离为Δl，所述冲击模块的速度计算公式为：所述冲击能量计算公式为：
在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，该使用方法包括：
能量调试步骤：
步骤1a：调节调节支座；
步骤1b：预估冲击模块在导轨上的初始放置位置，并做标记；以及
步骤1c：冲击模块在重力作用下自由滑动，当冲击模块达到第一发射器时，挡住其发射信号，感应器记录该时刻t1；当冲击模块达到第二发射器时，挡住其发射信号，感应器记录该时刻t2；
所述第一发射器与第二发射器的距离为Δl；冲击模块的速度计算公式为：冲击能量计算公式为：
试验准备步骤：
步骤2a：将冲击区域水平仪放置于复合材料表面，调整复合材料调节支座；
步骤2b：将滑梯式轨道水平段及平台嵌入复合材料孔，调节调节支座，使球形端头顶点正对孔边冲击点位置，通过水平仪判断并确保滑梯式轨道水平段及平台处于水平状态；以及
步骤2c：固定调节支座及复合材料调节支座；
冲击试验步骤：
步骤3a：将冲击模块放置于标记位置，冲击模块通过滑梯式导轨将势能转化为其水平移动的速度，实现对复合材料开口孔边面内冲击；
步骤3b：利用测速模块测量冲击模块的水平移动速度，并计算冲击试验的实际冲击能量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用滑梯式导轨(又称滑梯式轨道)将冲击模块的势能转化为其水平移动的速度，同时将轨道下陷于复合材料开口区域，从而实现复合材料尤其是民机复合材料孔边面内冲击。
(2)本发明冲击模块采用偏心球形端头，将球形端头位于配重块端面，有效降低了轨道水平段在复合材料开口区的下陷高度，在满足冲击能量的要求下，保证了冲击模块线速度方向平稳转变为水平方向，同时大幅度减少冲击系统对复合材料开口区域尺寸的限制，消除了复合材料开口区域对冲击设备的限制，进一步扩大了系统的适用范围；利用挡板消除球形端头偏心导致的冲击后倾斜问题。
(3)本发明利用水平仪确定导轨组件的唯一姿态，结合初始放置位置标注及测速模块，能够确保冲击能量可重复性及冲击过程准确控制，且可使冲击能量能有效调整。
(4)相对于落锤式冲击损伤装置，本发明采用的方案实现了复合材料开口区域孔边水平冲击。
(5)相对于冲击枪，本发明采用的方案一方面实现了复合材料开口区域孔边水平冲击，另一方面该提案的系统结构相对简单，无弹簧或压缩空气腔体等辅助系统，降低了系统制造成本；另外，本发明的系统采用配重块增加冲击模块的质量，在相同能量要求下，冲击模块速度小，相对比较安全。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：
图1是本发明的复合材料孔边面内冲击系统示意图。
图2是本发明的复合材料孔边面内冲击系统主视图。
主要附图标记说明：
1-冲击模块，11-球形端头，12-配重块；
2-导轨组件，21-滑梯式导轨，22-水平仪，23-挡板，24-框架，25-调节支座，26-平台；
3-测速模块，31-第一发射器，32-第二发射器，33-感应器；
4-复合材料，41-复合材料孔，42-冲击区域水平仪，43-复合材料调节支座。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1和图2所示，根据本发明具体实施方式的复合材料孔边面内冲击系统，该系统包括：具有倾斜段和水平段的导轨组件2；设置在所述导轨组件2的上面的冲击模块1，用于冲击复合材料4；以及设置在所述导轨组件2的水平段的端部的测速模块3，用于测量所述冲击模块1的水平移动速度。
作为一种优选实施例，所述导轨组件2包括滑梯式导轨21、水平仪22、挡板23、框架24、调节支座25及平台26；所述平台26设置于框架24上面；所述调节支座25设置于框架24的下面。
作为一种优选实施例，所述冲击模块1包括球形端头11和配重块12。
作为一种优选实施例，所述球形端头11为偏心球形端头；
作为一种优选实施例，所述球形端头11偏心位于配重块12端面，所述球形端头11中心圆与所述配重块12端面圆形内切。
作为一种优选实施例，所述测速模块3包括第一发射器31、第二发射器32及感应器33。
作为一种优选实施例，所述配重块12为圆柱体结构。
作为一种优选实施例，所述球形端头11为直径16mm半球体，所述球形端头11为偏心球形端头。
作为一种优选实施例，所述复合材料4设置于复合材料调节支座43上并固定，所述冲击区域水平仪42设置于复合材料4表面，所述滑梯式轨道21水平段及平台26嵌入复合材料孔41中。
上述复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，具体操作如下：
能量调试步骤：
步骤1a：调节调节支座25，使水平仪22显示平台26处于水平状态；
步骤1b：根据冲击试验要求的能量值，结合冲击模块1质量m，预估冲击模块1在导轨21上的初始放置位置，并做标记；
步骤1c：冲击模块1在重力作用下自由滑动，当冲击模块1达到第一发射器31时，挡住其发射信号，感应器33记录该时刻t1；当冲击模块1达到第二发射器32时，挡住其发射信号，感应器33记录该时刻t2；
步骤1d：反复调整冲击模块1在导轨21上的初始放置位置，确保冲击能量达到冲击试验要求的能量值，并注明对应的初始放置位置；
其中，第一发射器31与第二发射器32的距离为Δl；
冲击模块1的速度为：
冲击能量为：
试验准备步骤：
步骤2a：将复合材料4放置于复合材料调节支座43上并固定，将冲击区域水平仪42放置于复合材料4表面，调整复合材料调节支座43，通过冲击区域水平仪42确保孔边冲击点位置的复合材料4处于水平状态；
步骤2b：转移所述复合材料孔边面内冲击系统到复合材料4上，滑梯式轨道21水平段及平台26嵌入复合材料孔41，调节调节支座25，使球形端头11顶点正对孔边冲击点位置，通过水平仪22判断并确保滑梯式轨道21水平段及平台26处于水平状态；
步骤2c：固定调节支座25及复合材料调节支座43，确保整个测试系统稳定；
冲击试验步骤：
步骤3a：将冲击模块1放置于标记位置，冲击模块1通过滑梯式导轨21将势能转化为水平移动的速度，实现对复合材料4开口孔边面内冲击；
步骤3b：利用测速模块3测量冲击模块1的水平移动速度，并计算冲击试验的实际冲击能量。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种复合材料孔边面内冲击系统，其特征在于，包括：
导轨组件(2)，其具有倾斜段和水平段；
冲击模块(1)，其设置在所述导轨组件(2)的上面，用于冲击复合材料(4)；以及
测速模块(3)，其设置在所述导轨组件(2)的水平段的端部，用于测量所述冲击模块(1)的水平移动速度。
2.根据权利要求1所述的复合材料孔边面内冲击系统，其特征在于：所述导轨组件(2)包括滑梯式导轨(21)、水平仪(22)、挡板(23)、框架(24)、调节支座(25)及平台(26)，所述平台(26)设置于框架(24)上面，所述调节支座(25)设置于框架(24)的下面。
3.根据权利要求1所述的复合材料孔边面内冲击系统，其特征在于：所述冲击模块(1)包括球形端头(11)和配重块(12)。
4.根据权利要求3所述的复合材料孔边面内冲击系统，其特征在于：所述球形端头(11)为偏心球形端头；所述球形端头(11)偏心位于配重块(12)的端面，所述球形端头(11)中心圆与所述配重块(12)端面圆形内切。
5.根据权利要求1所述的复合材料孔边面内冲击系统，其特征在于：所述测速模块(3)包括第一发射器(31)、第二发射器(32)及感应器(33)，所述感应器用于记录冲击模块(1)到达的时间。
6.根据权利要求1所述的复合材料孔边面内冲击系统，其特征在于：所述系统还包括复合材料(4)，所述复合材料(4)设置于复合材料调节支座(43)上并固定，冲击区域水平仪(42)设置于复合材料(4)的表面，将所述滑梯式轨道(21)的水平段及平台(26)嵌入复合材料孔(41)中，所述复合材料孔(41)用于复合材料零部件装配检修。
7.一种复合材料孔边面内冲击系统的使用方法，使用如权利要求1所述的复合材料孔边面内冲击系统进行如下操作，其特征在于：所述使用方法包括：
能量调试步骤，包括：反复调整冲击模块(1)在导轨(21)上的初始放置位置，确保冲击能量达到冲击试验要求的能量值，并注明对应的初始放置位置；
试验准备步骤，包括：将滑梯式轨道(21)水平段及平台(26)嵌入复合材料孔(41)，调节调节支座(25)，使球形端头(11)顶点正对孔边冲击点位置，通过水平仪(22)判断并确保滑梯式轨道(21)水平段及平台(26)处于水平状态；固定调节支座(25)及复合材料调节支座(43)；以及
冲击试验步骤，包括：将冲击模块(1)放置于标记位置，冲击模块(1)通过滑梯式导轨(21)将势能转化为其水平移动的速度，实现对复合材料(4)开口孔边面内冲击；利用测速模块(3)测量冲击模块(1)的水平移动速度，并计算冲击试验的冲击能量。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述能量调试步骤中，当选择民机复合材料机翼下壁板检修孔作为冲击对象时，所述冲击试验要求的能量值为35J。
9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述能量调试步骤中，预估冲击模块(1)在导轨(21)上的初始放置位置，并做标记；冲击模块(1)在重力作用下自由滑动，当冲击模块(1)达到第一发射器(31)时，挡住其发射信号，感应器(33)记录该时刻t1；当冲击模块(1)达到第二发射器(32)时，挡住其发射信号，感应器(33)记录该时刻t2。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于：所述第一发射器(31)与所述第二发射器(32)的距离为Δl，所述冲击模块(1)的速度计算公式为：所述冲击能量计算公式为：
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| CN201810272565.3A CN108225710A (zh) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | 复合材料孔边面内冲击系统及其使用方法 |
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|---|---|
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