CN110031294A - 点阵夹芯结构侧压试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了点阵夹芯结构侧压试验装置，本试验装置主要由夹紧部分、对中加载部分和测量部分组成，可以有效地提高测量精度，降低测量成本，实现对点阵夹芯结构侧压试验变形的高精度测量。为了改善现有的点阵夹芯结构层合板侧压强度测量标准中测量精度低、可操作性较差的现状，本发明解决了试件安装过程中和加载过程中的对中问题，大大降低安装误差和加载误差对试验结果的影响，进而提高层合板的侧压强度的计算精度。另外，该装置设计了引伸计安装结构，并通过支撑结构改善了试件易倾倒的问题，有效提升了试验的可操作性。

Description

点阵夹芯结构侧压试验装置
技术领域
本发明是一种对点阵夹芯结构侧压力学性能试验的新型试验装置，可以有效地提高测量精度，降低测量成本，实现对点阵夹芯结构侧压试验变形的高精度测量。
背景技术
点阵夹芯结构自提出以来，其轻质、比刚度高和比强度大等优异的性能受到极大关注，除此之外，还有减震、散热、吸声、电磁屏蔽等特殊性质，是一种综合考虑了材料设计、结构设计、功能设计等因素的新型结构功能材料。研究发现，点阵夹芯结构的等效刚度和等效强度与材料的等效密度成近似线性关系，与当前常用的轻质材料相比，具有更高的比强度与比刚度。在相对密度较小时，点阵夹芯结构的面内杨氏模量与面外强度比金属泡沫等轻质材料分别高出两个数量级以上和一个数量级以上。除承载外，点阵夹芯结构自身也是优良的紧凑热交换器。大的孔穴率和开放式设计增加了散热面积并有利于对流，将力学和热交换性能的有机结合从而寻找到最优的散热结构将对航空飞行器甚有裨益。点阵材料极强的可设计性使其可以根据实际要求进行多功能一体化设计，从而在航天、航空和航海等方面有着广阔的前景。
点阵夹芯结构的应用离不开其强度性能的测试。其中，点阵夹芯结构的侧压强度可以通过测量其侧压试验的破坏载荷和试件尺寸并经过相关计算得到，但目前通用的夹层结构侧压性能试验标准夹具测量精度较低，可操作性较差，原因是在安装过程中难以保证压头对中，在侧压试验中容易产生横向力，影响试验结果；标准中的夹具无法保证压头轴线与试件垂直，导致试件两侧受力不均，使得测量出的试件侧压承载力偏低；标准中夹具稳定性较差，一旦在试验过程中有横向力扰动，试件有可能会倾倒导致试验失败；在标准中，引伸计安装方法和安装位置不明确，无法有效指导实际试验的执行。
发明内容
为了改善现有的点阵夹芯结构层合板侧压强度测量标准中测量精度低、可操作性较差的现状，本发明提供了一种点阵夹芯结构侧压试验装置。该装置解决了试件安装过程中和加载过程中的对中问题，大大降低安装误差和加载误差对试验结果的影响，进而提高层合板的侧压强度的计算精度。另外，该装置设计了引伸计安装结构，并通过支撑结构改善了试件易倾倒的问题，有效提升了试验的可操作性。
本试验装置主要由夹紧部分、对中加载部分和测量部分组成。
夹紧部分对试件起防倾倒支撑和对中作用，包括上夹具、下夹具和左右挡板。上夹具、下夹具分别由上凹槽(2)、下凹槽(6)、垫片(7)和螺栓(3)组成，上凹槽(2)、下凹槽(6)的开槽位置由试件(8)厚度确定，试件(8)紧贴上凹槽(2)、下凹槽(6)内侧面，使试件(8)中面与下凹槽(6)和上凹槽(2)中面重合，实现试件(8)的对中安装；试件另一面安装垫片(7)，通过上凹槽(2)、下凹槽(6)另一侧的螺栓孔使用螺栓(3)顶紧垫片(7)，从而实现试件(8)的夹紧，垫片(7)与螺栓(3)接触位置设计了沉孔，防止垫片(7)发生侧向滑动；上凹槽(2)顶部有螺纹孔，连接对中加载部分的下压头(10)；左挡板(9)和右挡板(4)分别安装在夹具两侧，通过长螺栓(5)夹紧固定，防止试件在试验过程中发生转动或倾倒；右挡板(4)下端开有圆孔，为螺栓(3)留出空间，其中部设有滑道，使上凹槽(2)在试验过程中能够上下移动。
对中加载部分起调整载荷分布和对中的作用，对中加载部分包括上压头(1)、下压头(10)、弹簧(11)和拧紧螺钉(12)。下压头(10)通过螺纹与夹紧部分的上凹槽(2)连接，上压头(1)安装在下压头(10)上，两者之间为球面接触，并通过四个弹簧(11)和八个拧紧螺栓(12)连接。上下压头连接以后相互之间可以转动，保证试验机的载荷垂直作用于下压头(10)，有效减少试验机误差对试验结果的影响。
测量部分用来安装引伸计(15)，测量部分包括L型板(13)、螺钉(16)、测量螺栓(14)和引伸计(15)。在上凹槽(2)、下凹槽(6)前后分别安装一个L型板(13)，通过四个螺钉(16)固定，测量螺栓(14)通过螺纹固定在L型板(13)上，上下两个测量螺栓(14)之间安装引伸计(15)，测量试验过程中试件(8)的变形量，试验夹具安装时首先对试件(8)进行预加载，根据两侧引伸计(15)示数的差别大小来判断试件(8)安装是否对中，如果不对中向示数较大的方向移动试件，直到两引伸计示数相近。
附图说明
图1为试验装置的整体结构细节图。
图2为整体结构正视图。
图3为整体结构左视图。
图4为右挡板结构细节图。
图5为对中加载部分剖视图。
图中：1、上压头，2、上凹槽，3、拧紧螺栓，4、右挡板，5、长螺栓，6、下凹槽，7、垫片，8、试件，9、左挡板，10、下压头，11、弹簧，12、拧紧螺钉，13、L型板，14、测量螺栓，15、引伸计，16、螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
a)对试验试件进行测量。测量试验试件跨距内任意三处的宽度和厚度，取算数平均值。面板厚度取名义厚度或同一批试样的平均厚度。记录横截面上单胞的数目。
b)安装试验试件夹紧部分。由于试件为板状结构，在进行侧压试验时安装不对称容易导致试验失败。安装时将试件(8)一面紧贴上凹槽(2)、下凹槽(6)内壁，通过垫片(7)和拧紧螺栓(3)夹紧试件(8)，并安装左右挡板(9、4)，由于上凹槽(2)在试验过程中会上下滑动，所以左右挡板安装时上边两个长螺栓(5)不可拧的过紧。
c)安装对中加载部分。上下压头(1、10)通过螺纹连接安装在上凹槽(2)上，并通过弹簧(11)和拧紧螺栓(12)连接上下压头(1、10)。
d)安装测量部分。通过螺钉将L型板(13)连接在上凹槽(2)两侧，测量螺栓(14)连接在L型板上，引伸计安装在测量螺栓(14)上。
e)预加载。为防止试件(8)安装不对称，试验前对装置进行预加载，观察两侧引伸计(15)示数变化，若示数差别较大，将试件(8)从新安装并向引伸计(15)示数大的方向移动，直至示数相差不大，完成预加载。
f)进行试验。试验试件(8)安装完成后，调整试验机零点，按选定的加载速度(0.5mm/min至2.0mm/min之间)，均匀连续加载至试样破坏，用动态采集的方式记录加载过程中变形和相应的载荷值，观察并记录最终的破坏形式。

Claims (3)

1.点阵夹芯结构侧压试验装置，其特征在于：本试验装置主要由夹紧部分、对中加载部分和测量部分组成；
夹紧部分对试件起防倾倒支撑和对中作用，包括上夹具、下夹具和左右挡板；上夹具、下夹具分别由上凹槽(2)、下凹槽(6)、垫片(7)和螺栓(3)组成，上凹槽(2)、下凹槽(6)的开槽位置由试件(8)厚度确定，试件(8)紧贴上凹槽(2)、下凹槽(6)内侧面，使试件(8)中面与下凹槽(6)和上凹槽(2)中面重合，实现试件(8)的对中安装；试件另一面安装垫片(7)，通过上凹槽(2)、下凹槽(6)另一侧的螺栓孔使用螺栓(3)顶紧垫片(7)，从而实现试件(8)的夹紧，垫片(7)与螺栓(3)接触位置设计了沉孔，防止垫片(7)发生侧向滑动；上凹槽(2)顶部有螺纹孔，连接对中加载部分的下压头(10)；左挡板(9)和右挡板(4)分别安装在夹具两侧，通过长螺栓(5)夹紧固定，防止试件在试验过程中发生转动或倾倒；右挡板(4)下端开有圆孔，为螺栓(3)留出空间，其中部设有滑道，使上凹槽(2)在试验过程中能够上下移动；
对中加载部分起调整载荷分布和对中的作用，对中加载部分包括上压头(1)、下压头(10)、弹簧(11)和拧紧螺钉(12)；下压头(10)通过螺纹与夹紧部分的上凹槽(2)连接，上压头(1)安装在下压头(10)上，两者之间为球面接触，并通过四个弹簧(11)和八个拧紧螺栓(12)连接；上下压头连接以后相互之间可以转动，保证试验机的载荷垂直作用于下压头(10)，有效减少试验机误差对试验结果的影响；
测量部分用来安装引伸计(15)，测量部分包括L型板(13)、螺钉(16)、测量螺栓(14)和引伸计(15)；在上凹槽(2)、下凹槽(6)前后分别安装一个L型板(13)，通过四个螺钉(16)固定，测量螺栓(14)通过螺纹固定在L型板(13)上，上下两个测量螺栓(14)之间安装引伸计(15)，测量试验过程中试件(8)的变形量，试验夹具安装时首先对试件(8)进行预加载，根据两侧引伸计(15)示数的差别大小来判断试件(8)安装是否对中，如果不对中向示数较大的方向移动试件，直到两引伸计示数相近。
2.根据权利要求1所述的点阵夹芯结构侧压试验装置，其特征在于：该试验装置实施过程如下，
a)对试验试件进行测量；测量试验试件跨距内任意三处的宽度和厚度，取算数平均值；面板厚度取名义厚度或同一批试样的平均厚度；记录横截面上单胞的数目；
b)安装试验试件夹紧部分；由于试件为板状结构，在进行侧压试验时安装不对称容易导致试验失败；安装时将试件(8)一面紧贴上凹槽(2)、下凹槽(6)内壁，通过垫片(7)和拧紧螺栓(3)夹紧试件(8)，并安装左右挡板，由于上凹槽(2)在试验过程中会上下滑动，所以左右挡板安装时上边两个长螺栓(5)不可拧的过紧；
c)安装对中加载部分；上下压头通过螺纹连接安装在上凹槽(2)上，并通过弹簧(11)和拧紧螺栓(12)连接上下压头；
d)安装测量部分；通过螺钉将L型板(13)连接在上凹槽(2)两侧，测量螺栓(14)连接在L型板上，引伸计安装在测量螺栓(14)上；
e)预加载；为防止试件(8)安装不对称，试验前对装置进行预加载，观察两侧引伸计(15)示数变化，若示数差别较大，将试件(8)从新安装并向引伸计(15)示数大的方向移动，直至示数相差不大，完成预加载；
f)进行试验；试验试件(8)安装完成后，调整试验机零点，按选定的加载速度，均匀连续加载至试样破坏，用动态采集的方式记录加载过程中变形和相应的载荷值，观察并记录最终的破坏形式。
3.根据权利要求2所述的点阵夹芯结构侧压试验装置，其特征在于：加载速度在0.5mm/min至2.0mm/min之间。
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