CN110203418B - 静动联合加载试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静动联合加载试验装置及试验方法，静动联合加载试验装置包括静态载荷加载单元和动态载荷加载单元，静态载荷加载单元包括夹持组件、静态载荷加载工装和加载螺栓，夹持组件夹持在试验件的四周边缘位置处，静态载荷加载工装设置在夹持组件的外围，加载螺栓穿过静态载荷加载工装和夹持组件设置，以调节静态载荷加载工装和夹持组件的距离。本发明能够提供多种形式的载荷加载、提高检测试验件的抗冲击性能准确度。

Description

静动联合加载试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于冲击动力学试验装置研制领域，涉及一种静动联合加载试验装置及试验方法。

背景技术

飞机重要结构部件如蒙皮、风挡、雷达罩等，需经过地面模拟冲击试验验证其抗冲击性能。空气炮是一种常用的地面模拟冲击试验装置，测试时将试验件固定，并将弹丸(如冰雹、鸟体、金属球、碎石、轮胎碎片等)加速后与试验件撞击，以模拟飞机重要结构部件遭受外物冲击过程。

现有的地面模拟冲击试验装置载荷加载形式单一，获取的试验件的抗冲击性能准确度差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种静动联合加载试验装置及试验方法，静动联合加载试验装置可实现静态载荷和动态载荷联合作用的抗冲击试验，能够提供多种形式的载荷加载、提高检测试验件的抗冲击性能准确度。

第一方面，本发明提供的静动联合加载试验装置，包括静态载荷加载单元和动态载荷加载单元，静态载荷加载单元包括夹持组件、静态载荷加载工装和加载螺栓，夹持组件夹持在试验件的四周边缘位置处，静态载荷加载工装设置在夹持组件的外围，加载螺栓穿过静态载荷加载工装和夹持组件设置，以能够调节静态载荷加载工装和夹持组件的距离。

可选地，试验件的表面设置有应变传感器，应变传感器用于检测静态载荷。

可选地，夹持组件包括夹持件和夹持片，夹持件和夹持片设置在试验件的两侧，夹持件和夹持片上开设有位置对应的第一通孔，第一通孔中穿设有定位螺栓以将试验件夹在夹持件和夹持片之间。

可选地，第一通孔为圆角矩形。

可选地，静态载荷加载工装包括夹持框，夹持框为日字型框架；夹持组件设置在夹持框的一个口字型框内，夹持件与夹持框相对的侧边上均穿设有加载螺栓。

可选地，静态载荷加载工装还包括基座和支撑杆，夹持框的底部通过固定螺栓固定在基座上；支撑杆的一端与基座固定连接，另一端与夹持框顶部固定连接，以支撑夹持框。

可选地，夹持件与夹持框相对的每个侧边上设置有数量相同且均匀分布的多个加载螺栓。

可选地，动态载荷加载单元包括弹丸和弹丸发射装置，弹丸发射装置朝向夹持组件夹持的试验件发射弹丸。

第二方面，本发明提供静动联合加载试验方法，利用如上述第一方面中的任意一种静动联合加载试验装置，该方法包括：

设置定位螺栓，将试验件夹持在夹持组件内；

设置加载螺栓，将夹持组件连接在夹持框内；

调整加载螺栓，以调整施加在试验件上的静态载荷；

控制弹丸发射装置朝向试验件发射弹丸，实现向试验件施加动态载荷。

本发明包括如下优点：

可实现多种载荷形式的加载。试验件的四周边缘被夹持组件夹持，夹持组件对应与加载螺栓连接，加载螺栓均匀设置，通过不同方向的加载螺栓的旋进或旋出，可控制试验件两个方向载荷的拉伸、压缩或无载荷状态，进而可实现试验件的二向均布拉伸、压缩或剪切，以及单向拉伸或压缩等多种载荷施加方式，避免了加载载荷加载形式单一。

可保证静态载荷均匀分布。定位螺栓穿过连接夹持件和试验件的第一通孔，二向加载时调整加载螺栓，试验件沿第一通孔滑槽有微量滑动，该第一通孔设置为圆角矩形，可消除二向加载导致的边界集中载荷现象。

可保证冲击点始终位于试验件几何中心。试验件四周均可通过调节加载螺栓和定位螺栓以调整位移，可保证加载过程试验件几何中心不发生位移，无需调整炮管射击方向就能保证撞击点始终位于试验件几何中心。

设备制造成本低。设备使用的组件加工没有特殊的工艺过程和特殊材料，也未采用液压方式实现静态载荷加载，无需液压控制系统，综合成本低。

通过模拟试验件受外物冲击时内部复杂载荷分布，以更真实测试和评估飞机在实际飞行环境下的结构抗冲击性能。

附图说明

图1是本发明的静动联合加载试验装置的结构示意图；

图2是本发明的静态载荷加载单元结构中夹持件的位置示意图；

图3是本发明的夹持件的结构示意图；

图4是本发明的静动联合加载试验装置静态载荷加载单元结构后视图；

图5是本发明的静动联合加载试验装置静态载荷加载单元结构剖面图。

附图标记说明：

100-静态载荷加载单元；110-静态载荷加载工装；120-夹持组件；2-弹丸； 4-剥壳器；5-弹丸发射装置；6-夹持框；7-加载螺栓；8-夹持件；9试验件； 10-基座；11-定位螺栓；12-第一通孔；13-空气炮；14-支撑杆；15-夹持片； 16-第二通孔。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

实施例1

图1是本发明的静动联合加载试验装置的结构示意图。参照图1，示出了本发明的结构示意图，具体为静动联合加载试验装置，包括静态载荷加载单元100和动态载荷加载单元。

其中，静态载荷加载单元100包括夹持组件120、静态载荷加载工装110 和加载螺栓7，夹持组件120夹持在试验件9的四周边缘位置处，静态载荷加载工装110设置在夹持组件120的外围，加载螺栓7穿过静态载荷加载工装110和夹持组件120设置，以能够调节静态载荷加载工装110和夹持组件 120的距离。可选地，在试验件9的表面设置应变传感器，用于检测静态载荷。

本实施例，通过调整加载螺栓7相对静态载荷加载工装110的旋进或旋出以调节静态载荷加载工装110和夹持组件120之间的距离，由于夹持组件 120夹持在试验件9的四周边缘位置处，调整位于试验件9一侧边缘的加载螺栓7以相对静态载荷加载工装110旋进或旋出，与该侧加载螺栓7对应的夹持组件120会带动试验件9运动，进而对试验件9施加静态载荷。调整位于试验件9四周的至少一侧边缘的加载螺栓7，均可对试验件9施加静态载荷。

通过不同方向的加载螺栓7的旋进或旋出，可控制试验件9两个方向载荷的拉伸、压缩或无载荷状态，进而可实现试验件9的二向均布拉伸、压缩或剪切，以及单向拉伸或压缩等多种载荷施加方式，避免了加载载荷加载形式单一。

图2是本发明的静态载荷加载单元结构中夹持件的位置示意图。本实施例，试验件9为方形薄片状。夹持组件120包括夹持件8和夹持片15，夹持件8和夹持片15设置在试验件9的两侧。

图3是本发明的夹持件的结构示意图。夹持件8平行试验件9的侧面开设有第一通孔12。图4是本发明的静动联合加载试验装置静态载荷加载单元结构后视图。结合图1、图3和图4所示，夹持件8和夹持片15平行试验件 9的侧面分别开设有位置对应的第一通孔12。第一通孔12垂直于夹持件8 和夹持片15。

图5是本发明的静动联合加载试验装置静态载荷加载单元结构剖面图。结合图1、图4和图5所示，夹持件8和夹持片15的第一通孔12中穿设有定位螺栓11以将试验件9夹在夹持件8和夹持片15之间。

可选地，第一通孔12设置为圆角矩形，能够实现定位螺栓11在第一通孔12滑槽内的微小滑动。二向加载时，试验件9沿第一通孔12滑槽有微量滑动，第一通孔12设置为圆角矩形，可以消除二向加载过程中导致的夹持组件120限位效应，以消除试验件9边界和第一通孔12滑槽孔处的应力集中现象，保证试验件9内部载荷的均匀分布。

进一步地，如图1所示，静态载荷加载工装110包括基座10、夹持框6 和支撑杆14。夹持框6的底部通过固定螺栓固定在基座10上，支撑杆14 的一端与基座10固定连接，另一端与夹持框6顶部固定连接，以支撑夹持框6。

结合图1和图2所示，可选地，夹持框6为日字型框架，夹持件8设置在夹持框6的一个口字型框内。夹持件8的外框尺寸小于该口字型框的内框尺寸。如图2所示，夹持件8与夹持框6相对的侧边开设有第二通孔16，夹持件8的第二通孔16和第一通孔12错开。夹持框6与夹持件8相对的侧边开设有螺纹孔。加载螺栓7穿过静态载荷加载工装110的夹持框6和夹持件 8的第二通孔16设置，以连接夹持框6和夹持件8，调整加载螺栓7相对夹持框6的旋进或旋出，以调节夹持框6和夹持件8之间的距离。可选地，夹持件8与夹持框6相对的侧边上均穿设有加载螺栓7。进一步地，夹持框6 与夹持件8相对的每个侧边上设置有数量相同且均匀分布的多个加载螺栓7。

本实施例，试验件9为方形薄片状，试验件9的四周边缘均设置有夹持组件120，夹持组件120均对应连接有加载螺栓7，通过不同方向的加载螺栓7的旋进或旋出，可单独控制试验件9在两个方向载荷的拉伸、压缩或无载荷状态，进而可实现试验件9的二向均布拉伸、压缩或剪切，以及单向拉伸或压缩等多种载荷施加方式。

此外，如图1所示，本发明的静动联合加载试验装置的动态载荷加载单元包括弹丸2和弹丸发射装置5，弹丸发射装置5包括剥壳器4、空气炮13 及地面固定装置(未画出)。

将规定质量的弹2放入弹壳，装进空气炮13的炮管中，启动空气压缩机(未画出)，将弹丸2发射并在炮口处由剥壳器4将弹壳剥离，之后将弹丸2射出，弹丸2撞击在试验件9的指定部位，以加载动态载荷。

示例性的，在上述任意实施例的基础上，在试验件9与夹持件8相接触部位，试验件9与夹持件8之间还可设置有力传感器，以用于检测动态载荷大小。

实施例2

本实施例，提供一种静动联合加载试验方法，利用如上所述的静动联合加载试验装置，包括如下步骤：

步骤1：设置定位螺栓11，将试验件9夹持在夹持组件120内。

步骤2：设置加载螺栓7，将夹持组件120连接在夹持框6内。

步骤3：调整加载螺栓7相对夹持框6的旋进或旋出，以调节夹持框6 和夹持组件120的距离，进而在试验件9的边缘施加静态载荷。

步骤4：控制弹丸发射装5朝向试验件9发射弹丸2，实现向试验件9 施加动态载荷。

以上对本发明所提供的静动联合加载试验装置，进行了详细介绍，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，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种静动联合加载试验装置，其特征在于，包括静态载荷加载单元(100)和动态载荷加载单元，

所述静态载荷加载单元(100)包括夹持组件(120)、静态载荷加载工装(110)和加载螺栓(7)，所述夹持组件(120)夹持在试验件(9)的四周边缘位置处，所述静态载荷加载工装(110)设置在所述夹持组件(120)的外围，所述加载螺栓(7)穿过所述静态载荷加载工装(110)和所述夹持组件(120)设置，以能够调节所述静态载荷加载工装(110)和所述夹持组件(120)的距离；通过不同方向的加载螺栓(7)的旋进或旋出，控制试验件(9)两个方向载荷的拉伸、压缩或无载荷状态，进而实现试验件(9)的二向均布拉伸、压缩或剪切，以及单向拉伸或压缩；

所述夹持组件(120)包括夹持件(8)和夹持片(15)，所述夹持件(8)和夹持片(15)设置在所述试验件(9)的两侧，所述夹持件(8)和所述夹持片(15)上均匀开设有位置对应的多个第一通孔(12)，所述第一通孔(12)中穿设有定位螺栓(11)以将所述试验件(9)夹在所述夹持件(8)和所述夹持片(15)之间；所述第一通孔(12)为圆角矩形，能够实现定位螺栓(11)在第一通孔(12)滑槽内的微小滑动，消除二向加载过程中导致的夹持组件(120)限位效应；

所述静态载荷加载工装(110)包括夹持框(6)，所述夹持框(6)为日字型框架；所述夹持组件(120)设置在所述夹持框(6)的一个口字型框内，所述夹持件(8)与所述夹持框(6)相对的侧边上均穿设有均匀分布的多个所述加载螺栓(7)；

所述动态载荷加载单元包括弹丸(2)和弹丸发射装置(5)，所述弹丸发射装置(5)朝向所述夹持组件(120)夹持的所述试验件(9)发射所述弹丸(2)。

2.根据权利要求1所述的静动联合加载试验装置，其特征在于，所述试验件(9)的表面设置有应变传感器，所述应变传感器用于检测所述静态载荷。

3.根据权利要求1所述的静动联合加载试验装置，其特征在于，所述静态载荷加载工装(110)还包括基座(10)和支撑杆(14)，所述夹持框(6)的底部通过固定螺栓固定在基座(10)上；

所述支撑杆(14)的一端与所述基座(10)固定连接，另一端与所述夹持框(6)顶部固定连接，以支撑所述夹持框(6)。

4.根据权利要求1所述的静动联合加载试验装置，其特征在于，所述夹持件(8)与所述夹持框(6)相对的每个侧边上设置有数量相同且均匀分布的多个所述加载螺栓(7)。

5.一种静动联合加载试验方法，利用如权利要求1至4任一项所述的静动联合加载试验装置，其特征在于，所述方法包括：

设置所述定位螺栓(11)，将所述试验件(9)夹持在所述夹持组件(120)内；

设置所述加载螺栓(7)，将所述夹持组件(120)连接在所述夹持框(6)内；

调整所述加载螺栓(7)，以调整施加在所述试验件(9)上的静态载荷；

控制所述弹丸发射装置(5)朝向所述试验件(9)发射所述弹丸(2)，实现向所述试验件(9)施加动态载荷。

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