CN110514428B - 一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，包括安装平台、框式夹持装置、环向作动筒以及航向作动筒，框式夹持装置的上端通过至少一个转接头与所述安装平台固定连接，框式夹持装置的下端通过连接耳与所述环向作动筒的输出轴相连接，环向作动筒固定安装于框式夹持装置下方的底部支撑组件上，框式夹持装置的左端通过至少两个固定夹头与所述安装平台固定连接，框式夹持装置的右端通过连接板与所述航向作动筒的输出轴相连，航向作动筒通过连接座与所述安装平台固定连接。其显著效果是：满足了双向加载时两方向的位移相互协调，且沿加载方向的载荷分布均匀，满足了试验件上载荷与施加载荷保持一致的要求。

Description

一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台

技术领域

本发明涉及到航空连接结构疲劳强度和静强度试验技术领域，涉及一种用于试验件双向加载的夹持结构，具体涉及一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台。

背景技术

飞机生存的基础在于飞机的结构系统，其结构的失效问题将会导致严重的灾难。而在飞机的实际应用过程中，据不完全统计，出现飞机结构强度等问题的绝大多数原因是因为疲劳引起的裂纹等损伤。连接结构为飞机结构中常用的部件，其关键性的部分一般为铆钉连接结构或者螺栓连接结构。

连接结构在实际应用中，其紧固件孔边周围的应力分布十分复杂，加载时并非简单的单轴受力状态，多数情况下为多轴受力状态。而即使是在平面内的加载状态下，单轴加载与双轴加载的效果也有明显的不同。在传统的疲劳试验中，大多采用单轴加载的方式，但其并不能真实的模拟紧固件孔周围的双轴受力状态，因此需要设计一种用于双向加载的实验平台来研究双轴加载状态下的疲劳强度和静强度问题。

在研究复杂多钉结构的疲劳特性相关试验中，试验类的方法结果最为准确；解析类的方法计算结果较精确，但计算量太大，计算效率低，因此只能适用于结构简单且紧固件数量不多的情况；把紧固件简化的有限元法大多只针对单轴拉伸模型，无法处理复杂平面应力状态下的连接件细节应力分析。因此需要一种双向加载的试验平台装置以实现试验的开展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，能够满足双向加载时两方向的位移相互协调，且沿加载方向的载荷分布均匀，以及能够满足试验件上载荷与施加载荷保持一致的要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其关键在于：包括安装平台、框式夹持装置、环向作动筒以及航向作动筒，所述框式夹持装置用于对试验件的周侧进行装夹固定，所述框式夹持装置的上端通过至少一个转接头与所述安装平台固定连接，所述框式夹持装置的下端通过连接耳与所述环向作动筒的输出轴相连接，所述环向作动筒固定安装于框式夹持装置下方的底部支撑组件上，所述框式夹持装置的左端通过至少两个固定夹头与所述安装平台固定连接，所述框式夹持装置的右端通过连接板与所述航向作动筒的输出轴相连，所述航向作动筒通过连接座与所述安装平台固定连接。

进一步的，所述框式夹持装置由左侧夹板、上侧夹板、右侧夹板与下侧夹板依次连接而成，在所述左侧夹板、上侧夹板、右侧夹板与下侧夹板的内侧形成有与试验件厚度相适应的夹紧槽，在所述左侧夹板、上侧夹板、右侧夹板与下侧夹板的外侧均形成有突出部，所述突出部上开设有至少两个固定孔，所述框式夹持装置通过固定孔实现与所述转接头、连接耳、固定夹头、连接板之间的固定连接。

进一步的，所述上侧夹板与下侧夹板的结构一致，所述左侧夹板与右侧夹板的结构一致；

其中，所述上侧夹板由结构一致的第一板体与第二板体连接而成，在所述第一板体与第二板体的中部形成所述夹紧槽；

所述左侧夹板由第三板体与第四板体连接而成，在所述第三板体与第四板体的中部形成所述夹紧槽，在所述第三板体与第四板体的端部形成有两个容置槽，且其中一个容置槽形成于第三板体与第四板体之间，另一个容置槽形成于所述第四板体的端部，所述容置槽与所述第一板体或第二板体相适应。

进一步的，所述框式夹持装置通过安装结构与所述安装平台固定连接，所述安装结构包括分别固定于所述安装平台左右两侧的两个平台柱，在两个平台柱之间连接有平台梁，所述框式夹持装置的左端通过固定夹头与所述平台柱固定连接，所述框式夹持装置的上端通过转接头与所述平台梁固定连接。

进一步的，所述平台柱与平台梁连接形成H字形结构，且在所述平台柱与平台梁上均开设有多个安装孔，所述固定夹头、转接头均通过固定螺栓与安装孔的配合实现连接固定。

进一步的，所述平台柱上均匀开设有两列所述安装孔，所述平台梁上均匀开设有一排所述安装孔。

进一步的，所述连接座包括连接件、活动连接板与托架夹板，所述连接件与活动连接板分别夹设于所述平台柱的两侧，且所述连接件与活动连接板的右端可拆卸连接，在所述连接件的中部固定安装所述航向作动筒，在所述连接件的右端固定所述托架夹板。

进一步的，所述连接件包括用于与所述平台柱固定连接的固定部、用于与所述活动连接板相连的连接部、用于固定连接所述航向作动筒的安装部、用于支撑所述航向作动筒并固定所述托架夹板的支撑部，所述固定部与安装部位于同一平面，所述连接部连接于所述固定部和安装部的连接处，且所述连接部所在平面与所述固定部或安装部所在平面相垂直，所述支撑部垂直连接于所述安装部的下侧，所述航向作动筒位于所述安装部与托架夹板之间。

进一步的，所述底部支撑组件包括底座、固定在所述底座上的四根支撑杆、固定于四根支撑杆中部的限位板、以及固定于四根支撑杆顶部的安装板，所述环向作动筒的顶部与所述安装板的底部固定连接，所述限位板上开设有可供所述环向作动筒穿过的通孔。

进一步的，在所述航向作动筒的输出轴与所述连接板之间以及所述连接耳与所述环向作动筒的输出轴之间均设置有轮辐传感器。

本发明的显著效果是：本实验平台由安装平台、框式夹持装置、环向作动筒、航向作动筒以及配套的连接结构组成，在进行航空连接结构试验件的双向加载试验时，不仅满足了双向加载时两方向的位移相互协调，使得沿加载方向的载荷分布均匀，而且满足了试验件上载荷与施加载荷保持一致的要求，使得飞机连接结构的疲劳试验真实的模拟了其双轴受力状态，相应的试验结果更加可靠，并有效克服了传统技术中存在的各种技术缺陷。

附图说明

图1是本发明一个视角的结构示意图；

图2是本发明另一个视角的结构示意图；

图3是本发明的正视图；

图4是本发明的左视图；

图5是本发明的右视图；

图6是所述底部支撑组件的结构示意图；

图7是所述框式夹持装置的结构示意图；

图8是图7中A的局部放大示意图；

图9是所述安装结构的结构示意图；

图10是所述连接座的结构示意图；

图11是所述连接件的结构示意图；

图12是所述活动连接板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1～图12所示，一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，包括安装平台1、安装结构2、框式夹持装置3、环向作动筒4以及航向作动筒5，所述安装结构2固定于所述安装平台1的上方，所述框式夹持装置3用于对试验件S的周侧进行装夹固定，所述框式夹持装置3的上端通过转接头6与所述安装结构2固定连接，所述框式夹持装置3的下端通过连接耳7与所述环向作动筒4的输出轴相连接，所述环向作动筒4固定安装于框式夹持装置3下方的底部支撑组件9上，所述框式夹持装置3的左端通过两个固定夹头8与所述安装结构2固定连接，所述框式夹持装置3的右端通过连接板10与所述航向作动筒5的输出轴相连，所述航向作动筒5通过连接座11与所述安装结构2固定连接，在试验时通过连接座11将航向作动筒5固定到试验平台上，通过底部支撑组件9对环向作动筒4的高度进行微调，使试验平台能够对试验件S进行双向加载。

对于安装结构2：

本例中，所述安装结构2包括分别固定于所述安装平台1左右两侧的两个平台柱201，在两个平台柱201之间连接有平台梁202，所述框式夹持装置3的左端分别通过固定夹头8与左侧的所述平台柱201固定连接，所述框式夹持装置3的上端通过转接头6与所述平台梁202固定连接。

进一步的，所述平台柱201与平台梁202连接形成H字形结构，且在所述平台柱201与平台梁202上均开设有多个安装孔203，具体的开设方式为：在所述平台柱201上均匀开设有两列所述安装孔203，在所述平台梁202上均匀开设有一排所述安装孔203，所述固定夹头8、转接头6均通过固定螺栓与安装孔203的配合实现连接固定。通过上述设置方式的安装孔203，能够提供多种安装位置，从而能够适用于不同尺寸的框式结构，进行适应于不同试验件S的疲劳试验。

对于框式夹持装置3：

本例中，所述框式夹持装置3由左侧夹板301、上侧夹板302、右侧夹板303与下侧夹板304依次连接而成，在所述左侧夹板301、上侧夹板302、右侧夹板303与下侧夹板304的内侧形成有与试验件S厚度相适应的夹紧槽305，在所述左侧夹板301、上侧夹板302、右侧夹板303与下侧夹板304的外侧均形成有突出部306，所述突出部306上开设有至少两个固定孔307，所述框式夹持装置3通过固定孔307、螺栓的配合，实现与所述转接头6、连接耳7、固定夹头8、连接板10之间的固定连接。

进一步的，所述上侧夹板302与下侧夹板304的结构一致，所述左侧夹板301与右侧夹板303的结构一致，下面以上侧夹板302与右侧夹板303为例进行说明；

其中，所述上侧夹板302由结构一致的第一板体302a与第二板体302b连接而成，在所述第一板体302a与第二板体302b的中部形成所述夹紧槽305；

所述右侧夹板303由第三板体303a与第四板体303b连接而成，在所述第三板体303a与第四板体303b的中部形成所述夹紧槽305，在所述第三板体303a与第四板体303b的端部形成有两个容置槽303c，且其中一个容置槽303c形成于第三板体303a与第四板体303b之间，另一个容置槽303c形成于所述第四板体303b的端部，所述容置槽303c与所述第一板体302a或第二板体302b相适应。

采用上述结构的框式夹持装置3，能够对试验件S的四周进行良好的夹持固定，从而增大了试验件S的整体刚度，防止在疲劳试验安装时出现扭转、弯折、挤压等损伤，从而有效提高了试验结果的准确性与可靠性。

对于底部支撑组件9：

本例中，所述底部支撑组件9包括底座901、固定在所述底座901上的四根支撑杆902、固定于四根支撑杆902中部的限位板903、以及固定于四根支撑杆902顶部的安装板904，所述限位板903与安装板904平行设置，所述环向作动筒4的顶部与所述安装板904的底部固定连接，所述限位板903上开设有可供所述环向作动筒4穿过的通孔。优选的，所述四根支撑杆902分设于同一矩形的四个角，从而对限位板903与支撑板提供更好的支撑作用。

对于连接座11：

本例中，所述连接座11包括连接件1101、活动连接板1102与托架夹板1103，所述连接件1101与活动连接板1102分别夹设于所述平台柱201的两侧，且所述连接件1101与活动连接板1102的右端可拆卸连接，在所述连接件1101的中部固定安装所述航向作动筒5，在所述连接件1101的右端固定所述托架夹板1103。

具体的，所述连接件1101包括用于与所述平台柱201固定连接的固定部1101a、用于与所述活动连接板1102相连的连接部1101b、用于固定连接所述航向作动筒5的安装部1101c、用于支撑所述航向作动筒5并固定所述托架夹板1103的支撑部1101d，所述固定部1101a与安装部1101c位于同一平面，所述连接部1101b连接于所述固定部1101a和安装部1101c的连接处，且所述连接部1101b所在平面与所述固定部1101a或安装部1101c所在平面相垂直，所述支撑部1101d垂直连接于所述安装部1101c的下侧，所述航向作动筒5支撑于所述支撑部1101d上且位于所述安装部1101c与托架夹板1103之间。

所述活动连接板1102包括板体1102a，该板体1102a的前侧面用于与所述平台柱201相连接，所述板体1102a的右端面用于和所述连接件1101的连接部1101b固定连接，在所述板体1102a前侧面的右侧边缘还形成有与所述连接板10的连接部1101b相配合的支耳1102b，所述支耳1102b与所述连接部1101b的中部形成和所述平台柱201右侧面相贴合的平面。

所述托架夹板1103呈倒π字形结构，该托架夹板1103的端面与所述支撑部1101d的右端固定连接，所述托架夹板1103用于对航向作动筒5的右端面进行顶紧限位。

采用上述结构，能够实现连接座11与所述安装结构2之间的牢靠连接，从而使得实验过程中航向作动筒5具有更良好的稳定性，进而有助于提高试验结果的准确性。

关于本试验平台的数据采集：

本例中，在所述航向作动筒5的输出轴与所述连接板10之间以及所述连接耳7与所述环向作动筒4的输出轴之间均设置有轮辐传感器12，所述轮辐传感器12采用轮幅式弹性体结构，利用剪切式应力原理制作的力传感器，将所受到的外力转换为电信号输出，也即是通过轮辐传感器12对加载在试验件S上的力进行测量，有助于实现本实验平台的自动化疲劳试验，提高了数据的准确性和试验的效率。

参见附图1-附图3，本试验平台在实际实施过程中的安装步骤如下：

步骤1：将试验件S与框式夹持装置3中的左侧夹板301、上侧夹板302、右侧夹板303、下侧夹板304按顺序进行组装，试验件S四周夹持端与框式夹持装置3经螺栓连接，以增大试验件S的整体刚度，避免在安装时出现扭转、弯折、挤压等损伤，框式夹持装置3四周的突出部306涂润滑剂，防止在疲劳试验时因与转接头6、连接板10、连接耳7、固定夹头8的相互摩擦影响载荷传递；

步骤2：将与框式夹持装置3组装后的试验件S置于环向作动筒4的输出轴上，控制输出轴上移，使框式夹持装置3的左侧夹板301从固定夹头8中穿过，直到框式夹持装置3的上侧夹板302穿进转接头6后，对准孔位，通过螺栓将框式夹持装置3与所述转接头6固定；对装夹有试验件S的框式夹持装置3的左右位置进行微调，从而将左侧夹板301固定；

步骤3：固定好后，装配好连接耳7，使环向作动筒4与装夹有试验件S的框式夹持装置3相连；而后松开环向作动筒4与底座901螺栓，给环向作动筒4施加收缩位移使环向作动筒4自由吊挂；继而再将环向作动筒4缓慢放下，以保证环向作动筒4收缩/伸出方向与试验件S的预期受力方向在一条直线上；

步骤4：航向作动筒5的安装：航向作动筒5水平放置在所述连接座11上，并螺栓将其固定在连接件1101的安装部1101c上，同时用连接在支撑部1101d上的托架夹板1103将尾部顶住，确保航向加载系统的平稳运行。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。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。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：包括安装平台、框式夹持装置、环向作动筒以及航向作动筒，所述框式夹持装置用于对试验件的周侧进行装夹固定，所述框式夹持装置的上端通过至少一个转接头与所述安装平台固定连接，所述框式夹持装置的下端通过连接耳与所述环向作动筒的输出轴相连接，所述环向作动筒固定安装于框式夹持装置下方的底部支撑组件上，所述框式夹持装置的左端通过至少两个固定夹头与所述安装平台固定连接，所述框式夹持装置的右端通过连接板与所述航向作动筒的输出轴相连，所述航向作动筒通过连接座与所述安装平台固定连接；

所述框式夹持装置通过安装结构与所述安装平台固定连接，所述安装结构包括分别固定于所述安装平台左右两侧的两个平台柱，在两个平台柱之间连接有平台梁，所述框式夹持装置的左端通过固定夹头与所述平台柱固定连接，所述框式夹持装置的上端通过转接头与所述平台梁固定连接；

所述平台柱与平台梁连接形成H字形结构，且在所述平台柱与平台梁上均开设有多个安装孔，所述固定夹头、转接头均通过固定螺栓与安装孔的配合实现连接固定。

2.根据权利要求1所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：所述框式夹持装置由左侧夹板、上侧夹板、右侧夹板与下侧夹板依次连接而成，在所述左侧夹板、上侧夹板、右侧夹板与下侧夹板的内侧形成有与试验件厚度相适应的夹紧槽，在所述左侧夹板、上侧夹板、右侧夹板与下侧夹板的外侧均形成有突出部，所述突出部上开设有至少两个固定孔，所述框式夹持装置通过固定孔实现与所述转接头、连接耳、固定夹头、连接板之间的固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：所述上侧夹板与下侧夹板的结构一致，所述左侧夹板与右侧夹板的结构一致；

其中，所述上侧夹板由结构一致的第一板体与第二板体连接而成，在所述第一板体与第二板体的中部形成所述夹紧槽；

所述左侧夹板由第三板体与第四板体连接而成，在所述第三板体与第四板体的中部形成所述夹紧槽，在所述第三板体与第四板体的端部形成有两个容置槽，且其中一个容置槽形成于第三板体与第四板体之间，另一个容置槽形成于所述第四板体的端部，所述容置槽与所述第一板体或第二板体相适应。

4.根据权利要求1所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：所述平台柱上均匀开设有两列所述安装孔，所述平台梁上均匀开设有一排所述安装孔。

5.根据权利要求1所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：所述连接座包括连接件、活动连接板与托架夹板，所述连接件与活动连接板分别夹设于所述平台柱的两侧，且所述连接件与活动连接板的右端可拆卸连接，在所述连接件的中部固定安装所述航向作动筒，在所述连接件的右端固定所述托架夹板。

6.根据权利要求5所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：所述连接件包括用于与所述平台柱固定连接的固定部、用于与所述活动连接板相连的连接部、用于固定连接所述航向作动筒的安装部、用于支撑所述航向作动筒并固定所述托架夹板的支撑部，所述固定部与安装部位于同一平面，所述连接部连接于所述固定部和安装部的连接处，且所述连接部所在平面与所述固定部或安装部所在平面相垂直，所述支撑部垂直连接于所述安装部的下侧，所述航向作动筒位于所述安装部与托架夹板之间。

7.根据权利要求1所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：所述底部支撑组件包括底座、固定在所述底座上的四根支撑杆、固定于四根支撑杆中部的限位板、以及固定于四根支撑杆顶部的安装板，所述环向作动筒的顶部与所述安装板的底部固定连接，所述限位板上开设有可供所述环向作动筒穿过的通孔。

8.根据权利要求1所述的用于航空连接结构试验件的双向加载试验平台，其特征在于：在所述航向作动筒的输出轴与所述连接板之间以及所述连接耳与所述环向作动筒的输出轴之间均设置有轮辐传感器。

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