CN109580061B - 飞机结构试验中反配重钢丝绳摩擦力的试验装置和估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞机结构试验中反配重钢丝绳摩擦力的试验装置和估算方法，包括配重块(1)、手动葫芦(2)、导向滑轮(3)、钢丝绳(4)、加载横梁(11)、加载作动筒(8)、加载作动筒传力件(9)、试验件(10)、应变片(13)；其特征在于：所述试验装置安装在试验台架横梁(6)下，试验件(10)上端与试验台架横梁(6)固定，试验件(10)下端与加载横梁(11)连接，加载横梁(11)两端左右对称安装反配重钢丝绳系统及加载作动筒(8)。本发明实施步骤清晰、简单，工程概念明确。本发明通过试验验证了具有反配重钢丝绳的试验件中卸载测量应变与加载测量应变存在差异的客观事实，同时给出了反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。

Description

飞机结构试验中反配重钢丝绳摩擦力的试验装置和估算方法
技术领域
本发明属于航空结构强度疲劳试验领域，特别是涉及到一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。
背景技术
飞机结构强度疲劳试验中，为了较真实模拟飞行载荷，通常要考虑试验件的扣重问题，确保试验状态时试验件处于零重量状态。由于试验的需要，试验件有时采用反配重钢丝绳装置方式进行扣重。如图2所示，试验件及常规反配重钢丝绳装置由配重块、手动葫芦、导向滑轮、钢丝绳、加载横梁、试验台架横梁、试验件约束端螺栓、加载作动筒、加载作动筒传力件、试验件、试验件加载端螺栓、应变片组成。
在具有反配重钢丝绳装置的结构强度疲劳试验中，由于钢丝绳与滑轮间摩擦力的存在，导致试验件加载及卸载过程中其摩擦力方向相反，从而出现加载及卸载在同级载荷状态时普遍存在卸载测量应变大于加载测量应变的事实情况。通过对卸载测量应变与加载测量应变的差值进行分析反推，得到反配重钢丝绳引起的摩擦力。
关于飞机反配重钢丝绳摩擦力的研究，国内外公开资料研究的较少，更未能从卸载测量应变与加载测量应变的差异性方面给出飞机反配重钢丝绳摩擦力的估算方法，本文给出的方法可预测真实试验状态下钢丝绳滑轮系统的摩擦力。
发明内容
本发明的目的是：提供一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。
本发明的技术方案是：飞机结构试验中反配重钢丝绳摩擦力的试验装置，包括配重块1、手动葫芦2、导向滑轮3、钢丝绳4、加载横梁11、加载作动筒8、加载作动筒传力件9、试验件10、应变片13；所述试验装置安装在试验台架横梁6下，试验件10上端与试验台架横梁6固定，试验件10下端与加载横梁11连接，加载横梁11两端左右对称安装反配重钢丝绳系统及加载作动筒8。所述反配重钢丝绳系统包括由钢丝绳4依次连接的配重块1、手动葫芦2、导向滑轮3组成；所述反配重钢丝绳系统一端为配重块1，另一端通过钢丝绳4连接加载横梁11的一端。
试验件10为一单传力金属构件。在试验件10中间段的横截面上沿轴向粘贴若干个应变片13。试验件10中间段的横截面为圆截面。
所述试验装置的反配重钢丝绳摩擦力估算方法，包括以下步骤：
步骤一、根据静力试验测量要求，按照5％P载荷级差从0％P到100％P逐级加载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值εijk,i＝1,2,......,M,j＝(N-1)×5,k＝1,2,3，再按照5％P载荷级差从100％P到0％P逐级卸载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值ε`ijk,，其中，i为应变片(13)编号，j为载荷级数，k为重复测量次数，M为应变片个数，N＝1,2，......21，P为试验件(10)设计载荷；
步骤二、重复测量3次步骤一，并计算3次加载过程中95％P载荷级时各应变片(13)的平均值
Figure BDA0001854013590000021
和3次卸载过程中95％P载荷级时各应变片(13)的平均值
Figure BDA0001854013590000022
Figure BDA0001854013590000023
其中，εi95k为加载过程中载荷级数为95时应变测量值，ε`i95k为卸载过程中载荷级数为95时应变测量值；
步骤三、计算反配重钢丝绳(4)引起的摩擦力F，
Figure BDA0001854013590000024
其中，E为试验件(10)拉伸弹性模量,D为试验件(10)中间段圆截面的直径，
Figure BDA0001854013590000025
本发明的优点是：
本发明提出了一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法，可预测真实试验状态下钢丝绳滑轮系统的摩擦力。本发明针对飞机结构强度试验中反配重钢丝绳系统摩擦力不易确定问题，从飞机结构强度试验卸载测量应变与加载测量应变差值分析角度给出了一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。本发明基于具有反配重钢丝绳引起的加载及卸载在同级载荷状态时普遍存在卸载测量应变大于加载测量应变的事实，提出了一种先逐级加载并测量应变、再逐级卸载并测量应变、然后利用卸载测量应变与加载测量应变的差值反推反配重钢丝绳引起的摩擦力，给出一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。本发明使用的理论依据正确，实施步骤清晰、简单，工程概念明确。本发明通过试验验证了具有反配重钢丝绳的试验件中卸载测量应变与加载测量应变存在差异的客观事实，同时给出了反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。
附图说明
图1是反配重钢丝绳系统示意图；
图2是试验件及反配重钢丝绳系统安装及实施示意图；
图3是试验件示意图；
其中，1-配重块，2-手动葫芦，3-导向滑轮，4-钢丝绳，6-试验台架横梁，7-试验件约束端螺栓，8-加载作动筒，9-加载作动筒传力件，10-试验件，11-加载横梁，12-试验件加载端螺栓，13-应变片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明，请参阅图1至图3。
如图1所示，为反配重钢丝绳系统示意图。由配重块、手动葫芦、导向滑轮、钢丝绳、加载横梁、试验台架横梁组成。
如图2所示，为试验件及反配重钢丝绳系统安装及实施示意图。由配重块、手动葫芦、导向滑轮、钢丝绳、加载横梁、试验台架横梁、试验件约束端螺栓、加载作动筒、加载作动筒传力件、试验件、试验件加载端螺栓、应变片组成。反配重钢丝绳系统、加载作动筒左右对称布置安装。
图3是试验件示意图。试验件为一单传力构件，且其中截面是直径为D的圆截面金属试验件，试验件中截面上沿轴向粘贴8个应变片。
一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法，包括以下步骤：
步骤一、根据静力试验测量要求，按照5％P载荷级差从0％P到100％P逐级加载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值εijk,i＝1,2,......,M,j＝(N-1)×5,k＝1,2,3，再按照5％P载荷级差从100％P到0％P逐级卸载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值ε`ijk,，其中，i为应变片(13)编号，j为载荷级数，k为重复测量次数，M为应变片个数，N＝1,2，......21，P为试验件(10)设计载荷；
步骤二、重复测量3次步骤一，并计算3次加载过程中95％P载荷级时各应变片(13)的平均值
Figure BDA0001854013590000041
和3次卸载过程中95％P载荷级时各应变片(13)的平均值
Figure BDA0001854013590000042
Figure BDA0001854013590000043
其中，εi95k为加载过程中载荷级数为95时应变测量值，ε`i95k为卸载过程中载荷级数为95时应变测量值；
步骤三、计算反配重钢丝绳(4)引起的摩擦力F，
Figure BDA0001854013590000044
其中，E为试验件(10)拉伸弹性模量,D为试验件(10)中间段圆截面的直径，
Figure BDA0001854013590000045
实施例
下面以某一具体实例对本发明做进一步详细说明。
一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法，包括以下步骤：
已知：
直径为D＝50mm，应变片个数M＝8，试验件拉伸弹性模量E＝70560MPa，试验件设计载荷P＝500000N。
步骤一、根据静力试验测量要求，按照25000N载荷级差从0N到500000N逐级加载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值εijk，再按照25000N载荷级差从500000N到0N逐级卸载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值ε`ijk；
步骤二、重复测量3次，3次加载、3次卸载过程中95％P载荷级时各应变片测量结果见表1。计算3次加载过程中95％P载荷级时各应变片的平均值
Figure BDA0001854013590000048
和3次卸载过程中95％P载荷级时各应变片的平均值
Figure BDA0001854013590000046
经计算，
Figure BDA0001854013590000047
表1
测量 1号应变 2号应变 3号应变 4号应变 5号应变 6号应变 7号应变 8号应变
第1次加载 3393 3285 3434 3535 3281 3358 3328 3311
第1次卸载 3515 3363 3449 3556 3404 3524 3479 3412
第2次加载 3358 3333 3362 3471 3381 3484 3567 3254
第2次卸载 3557 3386 3404 3659 3419 3604 3707 3378
第3次加载 3382 3405 3446 3390 3407 3358 3364 3353
第3次卸载 3515 3483 3540 3498 3541 3581 3520 3541
步骤三、计算反配重钢丝绳引起的摩擦力F，
Figure BDA0001854013590000051
其中，E为试验件拉伸弹性模量,
Figure BDA0001854013590000052
本发明提出了一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法，可预测真实试验状态下钢丝绳滑轮系统的摩擦力。本发明针对飞机结构强度试验中反配重钢丝绳系统摩擦力不易确定问题，从飞机结构强度试验卸载测量应变与加载测量应变差值分析角度给出了一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。本发明基于具有反配重钢丝绳引起的加载及卸载在同级载荷状态时普遍存在卸载测量应变大于加载测量应变的事实，提出了一种先逐级加载并测量应变、再逐级卸载并测量应变、然后利用卸载测量应变与加载测量应变的差值反推反配重钢丝绳引起的摩擦力，给出一种飞机结构强度试验中反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。本发明使用的理论依据正确，实施步骤清晰、简单，工程概念明确。本发明通过试验验证了具有反配重钢丝绳的试验件中卸载测量应变与加载测量应变存在差异的客观事实，同时给出了反配重钢丝绳摩擦力的估算方法。

Claims (4)

1.飞机结构试验中反配重钢丝绳摩擦力的试验装置，包括配重块(1)、手动葫芦(2)、导向滑轮(3)、钢丝绳(4)、加载横梁(11)、加载作动筒(8)、加载作动筒传力件(9)、试验件(10)、应变片(13)；其特征在于：所述试验装置安装在试验台架横梁(6)下，试验件(10)上端与试验台架横梁(6)固定，试验件(10)下端与加载横梁(11)连接，加载横梁(11)两端左右对称安装反配重钢丝绳系统及加载作动筒(8)；所述反配重钢丝绳系统包括由钢丝绳(4)依次连接的配重块(1)、手动葫芦(2)、导向滑轮(3)组成；所述反配重钢丝绳系统一端为配重块(1)，另一端通过钢丝绳(4)连接加载横梁(11)的一端；
所述试验装置的反配重钢丝绳摩擦力估算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据静力试验测量要求，按照5％P载荷级差从0％P到100％P逐级加载，得到应变值εijk,i＝1,2,......,M,j＝(N-1)×5,k＝1,2,3，再按照5％P载荷级差从100％P到0％P逐级卸载，并在各载荷级时进行应变测量，得到应变值ε`ijk,其中，i为应变片(13)编号，j为载荷级数，k为重复测量次数，M为应变片个数，N＝1,2，......21，P为试验件(10)设计载荷；
步骤二、重复测量3次步骤一，并计算3次加载过程中95％P载荷级时各应变片(13)的平均值
Figure FDA0002976992080000011
和3次卸载过程中95％P载荷级时各应变片(13)的平均值
Figure FDA0002976992080000012
Figure FDA0002976992080000013
其中，εi95k为加载过程中载荷级数为95时应变测量值，ε`i95k为卸载过程中载荷级数为95时应变测量值；
步骤三、计算钢丝绳(4)引起的摩擦力F，
Figure FDA0002976992080000014
其中，E为试验件(10)拉伸弹性模量,D为试验件(10)中间段圆截面的直径，
Figure FDA0002976992080000015
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：试验件(10)为一单传力金属构件。
3.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于：在试验件(10)中间段的横截面上沿轴向粘贴若干个应变片(13)。
4.如权利要求3所述的试验装置，其特征在于：试验件(10)中间段的横截面为圆截面。
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