CN110082034B - 一种用于布局优化的多支撑链测试实验台及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于布局优化的多支撑链测试实验台及测试方法，本实验台包括有支撑台，支撑台上方正中心与纵向支柱固接，纵向支柱右端与摆动支柱铰接，顶部与托盘固接，支撑台下方吸附多个移动支链结构，此结构可在支撑台下方平面任意位置进行移动，各支撑链底部分别与压力传感器相连。一种用于布局优化的多支撑链测试实验台及测试方法，利用相似性原理，模拟各种具有支链结构的重载由于受到外在变向载荷作用时，用以确定各支链的布局位置，从而使作用在各支撑链上的压力值相等，进而防止偏载的产生，为具有支链结构的重载实物布局设计提供指导。

Description

一种用于布局优化的多支撑链测试实验台及测试方法
技术领域
本发明属于结构布局实验技术领域，特别涉及一种用于布局优化的多支撑链测试实验台及测试方法。
背景技术
现有的具有支链结构的重载布局多根据经验在进行设计，然而，支链布局的不合理会导致偏载的情况产生，即各支链所承受的压力值不等，如盾构推进系统液压缸的布局、凉亭支柱布局的设计。因此，对具有支链结构的设计而言，支链该如何布局设计才能使得作用于各支链上的力相等就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种用于布局优化的多支撑链测试实验台及测试方法，模拟各种具有支链结构的物体由于受到外在变向载荷的作用时，找到各支链的布局位置，从而使得作用在每个支链上的压力值相等。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，包括支撑台，所述支撑台上方正中心设置有纵向支柱，所述纵向支柱上设置有托盘柱，所述托盘柱上设置有托盘，所述托盘柱上设置有摆动支柱，所述摆动支柱垂直托盘柱且可绕托盘柱做整周转动，所述摆动支柱上设置有位移标尺，所述位移标尺内设置有T形滑槽，所述T型滑槽上设置有力矩加载盘，所述力矩加载盘可在T形滑槽内自由移动；所述支撑台下方设置有多个移动支链，所述移动支链可在支撑台下面自由移动。
优选的，所述移动支链包括吸附在支撑台下面的柱形磁铁，所述柱形磁铁下面固定有支撑链，所述支撑链下端设置有压力传感器，所述压力传感器依次连接数据采集控制模块和电源适配器，所述数据采集控制模块一端与计算机相连。
优选的，所述摆动支柱刻度始端设置有套合在托盘柱上的套筒。
优选的，所述纵向支柱顶端圆周方向设置有0°～360°的角刻度线。
优选的，所述移动支链个数为2～16个。
一种用于布局优化的多支撑链测试实验台的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：在力矩加载盘上加载外力矩；通过移动力矩加载盘在位移标尺上的位置以及绕纵向立柱摆动的角度实现不同位置力矩的设置，通过角刻度线和位移标尺刻度实现对力矩大小的计算，则支撑台上的x方向与y方向的力矩计算公式为：
Mx＝Fz×L×cosβ
My＝Fz×L×sinβ
其中：L为位移标尺上的刻度数据距离；β为摆动支柱绕纵向立柱转动角度；Fz为支撑台竖直方向载荷；
步骤2：调节移动支链使得各移动支链上压力传感器的读数相等，当如下两计算式成立时，每个移动支链上的压力值相等。
Figure GDA0002889319580000021
Figure GDA0002889319580000022
其中：xi，yi为移动支链在支撑台x，y方向的坐标；
Figure GDA0002889319580000023
为所有x方向坐标之和的平均值和所有y方向坐标之和的平均值；N为移动支链的个数。
本发明的有益效果：
1、本发明中的支链个数不是固定的，可以多个，且本实验台结构简单，适用范围广。
2、本实验台可用来模拟各种具有支链结构的重载由于受到外在变向载荷作用时，用以确定各支链的布局位置，从而使作用在各支撑链上的压力值相等，进而防止偏载的产生，依据相似性原理，为具有支链结构的重载实物布局设计提供指导。
附图说明
图1为本发明实验台的结构示意图；
图2为本发明图1中摆动支柱的结构示意图；
图3为本发明多个移动支链结构的运动示意图。
图4为本发明托盘结构示意图。
图中：1、压力传感器；2、支撑链；3、支撑台；4、纵向支柱；5、托盘；6、摆动支柱；7、力矩加载盘；8、柱形磁铁；9、T形滑槽；10、位移标尺；11、套筒；12、数据采集控制模块；13、电源适配器；14、移动支链；51、托盘柱。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1-图4所示，本发明的具体结构为：一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，包括支撑台3，所述支撑台3上方正中心设置有纵向支柱4，所述纵向支柱4上设置有托盘柱51，所述托盘柱51上设置有托盘5，所述托盘5可用于加载外力；所述托盘柱51上设置有摆动支柱6，所述摆动支柱6垂直托盘柱51且可绕托盘柱51做整周转动，所述摆动支柱6上设置有位移标尺10，所述位移标尺10上设置有T形滑槽9，所述T型滑槽上设置有力矩加载盘7，所述力矩加载盘7可在T形滑槽9内自由移动用于加载外力矩；所述支撑台3下方设置有多个移动支链14，所述移动支链14可在支撑台3下面自由移动，托盘5的外力加载以及摆动支柱6上的外力矩加载可模拟各种支链结构的重载受到的外在变向载荷。
优选的，所述T形滑槽9长度与位移标尺10长度一致，其设置在位移标尺10中间。
优选的，所述力矩加载盘7上设置有滑块，所述滑块可在T形滑槽9内移动，通过手动调节的方式改变其在T形滑槽9的位置，从而改变力矩的大小，所述滑块下通过绳索连接加载盘。
优选的，所述移动支链14包括吸附在支撑台3下面的柱形磁铁8，所述柱形磁铁8下面固定有支撑链2，所述支撑链2下端设置有压力传感器1，所述压力传感器1依次连接数据采集控制模块12和电源适配器13，所述数据采集控制模块12一端与计算机相连，通过数据采集控制模块12获取压力传感器1的数据，然后将数据传输到计算机上，通过对多个移动支链14的移动，数据采集控制模块12对得到的压力数据进行取整，当每个移动支链14上受到的压力相等时，实现布局最优。
优选的，所述移动支链14个数为2～16个。
优选的，所述摆动支柱6刻度始端设置有套合在托盘柱51上的套筒11。
优选的，所述纵向支柱4顶端圆周方向设置有0°～360°的角刻度线。
一种用于布局优化的多支撑链测试实验台的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：在力矩加载盘7上加载外力，通过移动力矩加载盘7在位移标尺10上的位置以及绕纵向立柱4摆动的角度实现不同位置力矩的设置，通过角刻度线和位移标尺10刻度实现对力矩大小的计算，则支撑台3上的x方向与y方向的力矩计算公式为：
Mx＝Fz×L×cosβ
My＝Fz×L×sinβ
其中：L为位移标尺10上的刻度数据距离；β为摆动支柱6绕纵向立柱4转动角度；Fz为支撑台3的竖直方向载荷；
步骤2：调节移动支链14，使得各移动支链14上压力传感器1的读数相等，当如下两计算式成立时，每个移动支链14上的压力值相等。
Figure GDA0002889319580000041
Figure GDA0002889319580000042
其中：xi，yi为移动支链14在支撑台3的x，y方向的坐标；
Figure GDA0002889319580000043
为所有x方向坐标之和的平均值和所有y方向的坐标之和的平均值；N为移动支链14的个数。
此外，力矩加载盘7上加载外力是用来模拟实物所受力和力矩的大小，由于摆动支柱6可做整周转动，转动一个角度即可模拟这个角度所受的偏载，故可以模拟整个圆周任意位置偏载的大小和方向，本实验台相当于一个缩尺装置，压力传感器上数据为取整得到，依据相似性原理，对各种具有支链结构的物体布局优化具有很强的指导意义。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，其特征在于，包括支撑台(3)，所述支撑台(3)上方正中心设置有纵向支柱(4)，所述纵向支柱(4)上设置有托盘柱(51)，所述托盘柱(51)上设置有托盘(5)，所述托盘柱(51)上设置有摆动支柱(6)，所述摆动支柱(6)垂直托盘柱(51)且可绕托盘柱(51)做整周转动，所述摆动支柱(6)上设置有位移标尺(10)，所述位移标尺(10)内设置有T形滑槽(9)，所述T形滑槽(9)上设置有力矩加载盘(7)，所述力矩加载盘(7)可在T形滑槽(9)内自由移动；所述支撑台(3)下方设置有多个移动支链(14)，所述移动支链(14)可在支撑台(3)下面自由移动。
2.根据权利要求1所述的一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，其特征在于，所述移动支链(14)包括吸附在支撑台(3)下面的柱形磁铁(8)，所述柱形磁铁(8)下面固定有支撑链(2)，所述支撑链(2)下端设置有压力传感器(1)，所述压力传感器(1)依次连接数据采集控制模块(12)和电源适配器(13)，所述数据采集控制模块(12)与计算机相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，其特征在于，所述摆动支柱(6)刻度始端设置有套合在托盘柱(51)上的套筒(11)。
4.根据权利要求1所述的一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，其特征在于，所述纵向支柱(4)顶端圆周方向设置有0°～360°的角刻度线。
5.根据权利要求1所述的一种用于布局优化的多支撑链测试实验台，其特征在于，所述移动支链(14)个数为2～16个。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于布局优化的多支撑链测试实验台的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在力矩加载盘(7)上加载外力，通过移动力矩加载盘(7)在位移标尺(10)上的位置以及绕纵向立柱(4)摆动的角度实现不同位置力矩的设置，通过角刻度线和位移标尺(10)刻度实现对力矩大小的计算，则支撑台上的x方向与y方向的力矩计算公式为：
Mx＝Fz×L×cosβ
My＝Fz×L×sinβ
其中：L为位移标尺(10)上的刻度数据；β为摆动支柱(6)绕纵向立柱(4)转动角度；Fz为支撑台(3)的竖直方向载荷；
步骤2：调节移动支链(14)使得各移动支链(14)上压力传感器(1)的读数相等，当如下两计算式成立时，每个移动支链(14)上的压力值相等；
Figure FDA0002889319570000021
Figure FDA0002889319570000022
其中：xi，yi为移动支链(14)在支撑台(3)上的x，y方向的坐标；
Figure FDA0002889319570000023
为所有x方向坐标之和的平均值和所有y方向坐标之和的平均值；N为移动支链(14)的个数。
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