CN110068441A - 一种检测水平冲击荷载的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测水平冲击荷载的装置，属于工程建筑领域。本发明为一种检测水平冲击荷载的装置，包括弧形的加速槽，加速槽为圆的四分之一圆弧，包括竖直端部、水平端部；还包括与加速槽固接支撑架，水平端部设有防回弹部，防回弹部包括固设于水平端部的支撑板、具有固定端和活动端可以上下摆动的轻质的防回弹件，支撑板上设置一用于夹持防回弹件的夹体，防回弹件包括依次堆叠设置的轻质层、粘连层、保护膜。本发明使用圆弧做加速槽，使球体获得水平冲击速度，此过程能量损失少，仅为摩擦力带来的能量损失，设置的防回弹件能够在球体发生回弹的时候及时粘连球体，不会发生二次碰撞，对于精确度要求高的测试能够准确测试出冲击载荷。

Description

一种检测水平冲击荷载的装置

技术领域

本发明属于工程建筑领域，具体涉及一种检测水平冲击荷载的装置。

背景技术

水平冲击荷载的加载方式多采用摆锤法和直滑道加载。摆锤法虽然结构简单便于操作，但其致命弊端是在加载冲击荷载后，会产生反向的二次撞击，致使测量的结构模型承受设计之外的冲击荷载，而使整个结构损坏。直滑道加载即采用两段直线型滑道拼接在一起，转折处不连贯，钢球从高处滑落时会对水平滑道产生很大的冲击荷载，造成难以测量的能量损失。而直滑道加载虽然避免了模型承受二次撞击，但钢球从竖直或倾斜滑道转至水平滑道时，钢球先冲击地面，让后获得水平速度以后才冲击待测物体，实际应用于水平载荷冲击的能量很少，并且会对水平滑道产生较大的冲击荷载，会造成很大的能量损失。且以上常用的加载方式都是采用估算的方式计算能量损失，或直接忽略不计，但对于需要精确计算冲击荷载的结构模型并不适用。

水平冲击荷载的加载方式，即测量物体或者模型的水平载荷的方法，可以用来评判结构模型的稳定性和抗冲击能力，现有技术中水平冲击荷载的加载方式面临的最大问题就是无法精确的计算能量损失，且能量损失大，以及存在二次撞击。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种检测水平冲击荷载的装置，能够有效避免二次碰撞，能力损失能够精确测量，且在球获得水平速度的过程中能量损失小。

本发明为一种检测水平冲击荷载的装置，包括弧形的加速槽，所述加速槽为圆的四分之一圆弧，包括竖直端部、水平端部；还包括与所述加速槽固接支撑架，所述水平端部设有防回弹部，所述防回弹部包括固设于所述水平端部的支撑板、具有固定端和活动端可以上下摆动的轻质的防回弹件，所述支撑板上设置一用于夹持所述防回弹件的夹体，所述防回弹件包括依次堆叠设置的轻质层、粘连层、保护膜。

作为优选的，所述支撑架为高度可调的支撑架。

作为优选的，所述支撑架包括设有内螺纹的圆柱体基座、一端与所述加速槽固接另一端设有外螺纹的升降柱，所述内螺纹与内螺纹配合作用。

作为优选的，还包括设置于地面的载物台、设置于所述竖直端部上方的用于盛放测试球的载球机构。

作为优选的，所述载物台包括一竖直挡壁、两个与所述竖直挡壁接地端固接的限位条。

作为优选的，所述竖直挡壁设置电子频闪灯。

作为优选的，所述载球机构包括筒体、外壁固接于所述筒体内壁的输球管、用于限位所述输球管内测试球的限位件，所述筒体具有一漏斗型的输球口。

作为优选的，所述筒体设有第一通孔、所述输球管设有第二通孔，所述限位件同时穿过第一通孔、第二通孔。

作为优选的，所述第二通孔的数量与第一通孔的数量相等。

防回弹件一端固接于支撑板，另外一端可以在重力作用下自由下垂，架体夹住防回弹件使其呈悬挂状态，在测试钢球冲击从左侧向右侧冲击时防回弹件的活动端向上摆动，使球通过，轻质就是质量很轻不会对球的速度造成影响。在球从水平端部飞出以后防回弹件自然下垂，保持竖直。在球体冲撞待测物体后有三种情况：当冲击载荷达到待测物体所能承受的冲击载荷极限值，和物体碰撞后物体向一侧倒塌，球体还具有一定的速度，做抛物线运动；当冲击载荷未达到待测物体的冲击载荷，和物体碰撞后物体未倒塌，球体会反弹或速度变为零做自由落体。若球体回弹，球体与粘连层接触，被粘连层黏住，有效防止球体对测试物体的二次撞击。

本发明的使用过程：（1）将待测物体放置于载物台，将保护膜撕去，打开限位件使一个球体下落后关闭限位件，测试球冲击待测物体，逐次增加测试球的重量直至待测物体倾倒，记录测试球的质量m，记录钢球冲击待测物体所用的时间t；

（2）测量加速槽的半径R，同时通过查表获得加速槽的摩擦系数μ；

（3）能量损失W，可以通过下式计算得到， W=μmgR；

（4）计算水平冲击载荷，由下式求得测试球的速度，

再由mv=Ft，测出冲击载荷F，如果对冲击载荷的精确度要求很高，可以通过电子频闪灯精确测量冲击速度。

本发明使用圆弧做加速槽，使球体获得水平冲击速度，此过程能量损失少，仅为摩擦力带来的能量损失，设置的防回弹件能够在球体发生回弹的时候及时粘连球体，不会发生二次碰撞，而且完成测试以后球体会做抛物线运动，自由落下，不会对其他物体造成冲击，对于精确度要求高的测试能够准确测试出冲击载荷。

附图说明

图1为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的载物台的结构示意图；

图3为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的加速槽的结构示意图；

图4为图3中的部分放大的结构示意图；

图5为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的防回弹部的结构示意图；

图6为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的载球机构的结构示意图；

图7为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的输球管的结构示意图；

图8为本发明提供的一种检测水平冲击荷载的装置的载物台的又一结构示意图。

其中：1-加速槽；11-竖直端部；12-水平端部；2-防回弹部；21-支撑板；211-夹体；22-防回弹件；221-轻质层；222-粘连层；223-保护膜；3-支撑架；31-基座；32-升降柱；4-载球机构；41-筒体；42-输球管；421-第二通孔；43-输球口；44-限位件；5-载物台；51-竖直挡壁；52-限位条；6-电子频闪灯。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例一

请参阅图1至图7，一种检测水平冲击荷载的装置，包括弧形的加速槽1，所述加速槽1为圆的四分之一圆弧，包括竖直端部11、水平端部12；还包括与所述加速槽1固接支撑架3，所述水平端部12设有防回弹部2，所述防回弹部2包括固设于所述水平端部12的支撑板21、具有固定端和活动端可以上下摆动的轻质的防回弹件22，所述支撑板21上设置一用于夹持所述防回弹件22的夹体211，夹体211可以为市面上常见的夹子，可开合的弹性夹子等，例如夹衣服的小夹子、夹文件的夹子等，所述防回弹件22包括依次堆叠设置的轻质层221、粘连层222、保护膜223。

防回弹件22一端固接于支撑板21，另外一端可以在重力作用下自由下垂，架体夹住防回弹件22使其呈悬挂状态，在测试钢球冲击从左侧向右侧冲击时防回弹件22的活动端向上摆动，使球通过，轻质就是质量很轻不会对球的速度造成影响。在球从水平端部12飞出以后防回弹件22自然下垂，保持竖直。在测试球体与检测物体发生碰撞以后可能会做抛物线运动、自由落体、回弹，当球体回弹的时候，球体与粘连层222接触，被粘连层222黏住，有效防止球体对测试物体的二次撞击。

轻质层221是与下落的球体接触的一面，轻质层221可以使用质地较轻的棉麻类，粘连层222为黏胶，黏胶可以为粘鼠板中所使用的强力胶，保护膜223主要是为防止在不使用本装置的时候保护粘连层222，使其不被污染，不会粘连其他的杂物，保护层可以是锡纸、塑料薄膜等，在使用本装置进行水平冲击载荷测量的时候将保护膜223撕去。因为防回弹件22是夹设在支撑板21上的，所以在长久使用以后，防回弹件22的粘连层222的粘性会减弱所以需要及时更换。

所述支撑架3为高度可调的支撑架3，包括设有内螺纹的圆柱体基座31、一端与所述加速槽1固接另一端设有外螺纹的升降柱32，所述内螺纹与内螺纹配合作用。如图1所示本实施方式中支撑架3的个数为2个，两个支撑架3的高度不同，较低的支撑架3固接于水平端部12下方，较高的支撑架3固接于竖直端部11的下方，使得加速槽1能够保持竖直的状态，测试球从加速槽1的最高点到最低点的竖直高度变化正好为加速槽1所对应的圆的半径。

通过旋转基座31调整内螺纹外螺纹的重合高度，以根据不同的测试件来，调整加速槽1的高度，方便实验，一般不同的测试件的高度不同，在测试的时候需要测试件的高度和本装置整体的竖直高度相同，所以设置为可调节的能提高本装置的实用性和适用范围。

还包括设置于地面的载物台5、设置于所述竖直端部11上方的用于盛放测试球的载球机构4。载物台5包括一竖直挡壁51、两个与所述竖直挡壁51接地端固接的限位条52，能够防止测试物向装置一侧倾斜，砸坏本装置。因为载物台5与水平端之间的距离很短，所以这段距离中速度的变化可以忽略。载球机构4包括筒体41、外壁固接于所述筒体41内壁的输球管42、用于限位所述输球管42内测试球的限位件44，所述筒体41具有一漏斗型的输球口43。所述筒体41设有第一通孔、所述输球管42设有第二通孔421，所述限位件44同时穿过第一通孔、第二通孔421。所述第二通孔421的数量与第一通孔的数量相等。

限位件44为一端为弧形，在检测时将限位件44拉出球体掉落，掉落一个球以后再将限位件44推进去，阻挡其他球体掉落。在输球管42内防止不同质量的球体，如可以按重量分级放置，如图6所示，可以将输球管42分为1号、2号、3号、4号，1号输球管42中放置重量分别为1-10千克的球，2号放置重量为11-20千克的球，依次类推，在测试的时候可以调控下落的球的重量。

本实施例适用于对冲击载荷的测量的精确度要求不是很高的，据此测量方法为：

（1）将待测物体防止于载物台5，将保护膜223撕去，打开限位件44使一个球体下落后关闭限位件44，测试球冲击待测物体，逐次增加测试球的重量直至待测物体倾倒，记录测试球的质量m，记录钢球冲击待测物体所用的时间t；

（2）测量加速槽1的半径R，同时通过查表获得加速槽1的摩擦系数μ；

（3）能量损失W，可以通过下式计算得到， W=μmgR；

（4）计算水平冲击载荷，由下式求得测试球的速度，

再由mv=Ft，测出冲击载荷F。

实施例二

请参阅图1、图2至图8，一种检测水平冲击荷载的装置，包括弧形的加速槽1，所述加速槽1为圆的四分之一圆弧，包括竖直端部11、水平端部12；还包括与所述加速槽1固接支撑架3，所述水平端部12设有防回弹部2，所述防回弹部2包括固设于所述水平端部12的支撑板21、具有固定端和活动端可以上下摆动的轻质的防回弹件，所述支撑板21上设置一用于夹持所述防回弹件22的夹体211，所述防回弹件22包括依次堆叠设置的轻质层221、粘连层222、保护膜223。

防回弹件22一端固接于支撑板21，另外一端可以在重力作用下自由下垂，架体夹住防回弹件22使其呈悬挂状态，在测试钢球冲击从左侧向右侧冲击时防回弹件22的活动端向上摆动，使球通过，轻质就是质量很轻不会对球的速度造成影响。在球从水平端部12飞出以后防回弹件22自然下垂，保持竖直。在测试球体与检测物体发生碰撞以后可能会做抛物线运动、自由落体、回弹，当球体回弹的时候，球体与粘连层222接触，被粘连层222黏住，有效防止球体岁对测试物体的二次撞击。

所述支撑架3为高度可调的支撑架3，包括设有内螺纹的圆柱体基座31、一端与所述加速槽1固接另一端设有外螺纹的升降柱32，所述内螺纹与内螺纹配合作用。通过旋转基座31调整内螺纹外螺纹的重合高度，以根据不同的测试件来，调整加速槽1的高度，方便实验，一般不同的测试件的高度不同，在测试的时候需要测试件的高度和本装置整体的竖直高度相同，所以设置为可调节的能提高本装置的实用性和适用范围。

还包括设置于地面的载物台5、设置于所述竖直端部11上方的用于盛放测试球的载球机构4。载物台5包括一竖直挡壁51、两个与所述竖直挡壁51接地端固接的限位条52，能够防止测试物向装置一侧倾斜，砸坏本装置。所述竖直挡壁51设置电子频闪灯6，用于测量测试球在冲击待测物体时的速度。

载球机构4包括筒体41、外壁固接于所述筒体41内壁的输球管42、用于限位所述输球管42内测试球的限位件44，所述筒体41具有一漏斗型的输球口43。所述筒体41设有第一通孔、所述输球管42设有第二通孔421，所述限位件44同时穿过第一

限位件44为一端为弧形，在检测时将限位件44拉出球体掉落，掉落一个球以后再将限位件44推进去，阻挡其他球体掉落。在输球管42内防止不同质量的球体，如可以按重量分级放置，如图6所示，可以将输球管42分为1号、2号、3号、4号，1号输球管42中放置重量分别为1-10千克的球，2号放置重量为11-20千克的球，依次类推，在测试的时候可以调控下落的球的重量。

本实施例适用于对冲击载荷的测量的精确度要求非常高的，据此测量方法为：

（1）将待测物体放置于载物台5，将保护膜223撕去，打开限位件44使一个球体下落后关闭限位件44，测试球冲击待测物体，逐次增加测试球的重量直至待测物体倾倒，记录测试球的质量m，记录钢球冲击待测物体所用的时间t；

（2）计算水平冲击载荷，根据电子频闪灯6拍摄的照片计算出速度v，再由mv=Ft，测出精确的冲击载荷F。

本发明使用圆弧做加速槽1，使球体获得水平冲击速度，此过程能量损失少，仅为摩擦力带来的能量损失，设置的防回弹件22能够在球体发生回弹的时候及时粘连球体，不会发生二次碰撞，而且完成测试以后球体会做抛物线运动，自由落下，不会对其他物体造成冲击，对于精确度要求高的测试能够准确测试出冲击载荷。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，包括弧形的加速槽，所述加速槽为圆的四分之一圆弧，包括竖直端部、水平端部；还包括与所述加速槽固接的支撑架，所述水平端部设有防回弹部，所述防回弹部包括固设于所述水平端部的支撑板、具有固定端和活动端可以上下摆动的轻质的防回弹件，所述支撑板上设置一用于夹持所述防回弹件的夹体，所述防回弹件包括依次堆叠设置的轻质层、粘连层、保护膜。

2.根据权利要求1所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述支撑架为高度可调的支撑架。

3.根据权利要求2所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述支撑架包括设有内螺纹的圆柱体基座、一端与所述加速槽固接另一端设有外螺纹的升降柱，所述内螺纹与内螺纹配合作用。

4.根据权利要求1所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，还包括设置于地面的载物台、设置于所述竖直端部上方的用于盛放测试球的载球机构。

5.根据权利要求4所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述载物台包括一竖直挡壁、两个与所述竖直挡壁接地端固接的限位条。

6.根据权利要求5所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述竖直挡壁设置电子频闪灯。

7.根据权利要求4所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述载球机构包括筒体、外壁固接于所述筒体内壁的输球管、用于限位所述输球管内测试球的限位件，所述筒体具有一漏斗型的输球口。

8.根据权利要求7所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述筒体设有第一通孔、所述输球管设有第二通孔，所述限位件同时穿过第一通孔、第二通孔。

9.根据权利要求8所述的一种检测水平冲击荷载的装置，其特征在于，所述第二通孔的数量与第一通孔的数量相等。