CN110806296A - 一种双稳态层合板振动实验夹持装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双稳态层合板振动试验夹持装置，包括基础支架、可移动简支子单元和不可移动简直子单元。为了在限制板的自由度的同时更为精准的模拟点简支的边界条件，本设计采用两类子单元随机组合的方式，并且可调节夹紧力。根据实验所用的双稳态层合板规格，调节基础支架立柱位置以适应板的尺寸，针对实验要求的点简支的条件，组合可移动和不可移动简直子单元，调节夹紧预紧力实现最好的支撑效果。本发明可适用于不同尺寸，不同构型的平板、曲壳在点支撑条件下的振动试验，具有通用性强的特点。

Description

一种双稳态层合板振动实验夹持装置
技术领域
本发明公开了一种用于研究双稳态层合板在四角点简支支撑条件下的振动实验装置，属于机械振动实验技术领域，尤其涉及一种能够实现不规则翘曲、复杂变形、不同尺寸和不同厚度的层合板在基础激励作用下的振动实验夹持装置。
背景技术
随着现代工业技术的发展，不同类型的板壳结构被广泛的应用于工程领域。对此类结构的动力学振动实验研究在工程实际与科研领域的指导意义重大。在实验研究中，准确的支撑条件设计，是研究结构动态特性以及稳定性分析的前提基础。
另一方面，双稳态复合材料层合板在航空航天器可变结构中的应用、能量采集机构的应用和负刚度减震结构中的运用等，使得这种层合板结构的非线性动力学特性被广泛关注。双稳态层合板结构在外部激励作用下可以实现两种圆柱壳构型之间的转换。对于其在多种特殊边界条件下的动态特性研究对工程应用有着重要的指导意义。
对于双稳态层合板这类几何结构复杂、振动形式复杂、跳变形式特殊的板壳结构，为了释放其在跳跃过程中四边弯矩和位置的约束，需采用特殊的简支支撑条件。本设计由点简支单元组合的四角点简支的特殊支撑条件。实现了复杂形态板壳结构在振动实验过程中充分的展现其动力学行为目的。
发明内容
为了满足双稳态层合板振动实验支撑的需求，特别地，可使其实现动态跳跃变形，本发明提供了一种适用于多种尺寸和厚度的双稳态层合板振动的有效夹持装置，可在基础激励的外激励条件下进行振动实验研究。
区别于传统的简支支撑，点简支释放了对于板壳边缘的约束，使此类面内翘曲不规则，变形形态特殊的板壳结构的有效支撑和夹持得以实现。
为了实现以上的目的，本发明采用的技术方案为一种双稳态层合板振动实验夹持装置，该装置包括底座(1)、立柱(2)以及点简支子单元；立柱(2)为四个，四个相同规格的立柱(2)通过立柱安装螺栓(11)固定在底座(1)的四个角部；点简支子单元由可移动螺栓夹紧件(3)或子单元支架螺栓(9)安装于立柱(2)上组成。立柱安装螺栓(11)与立柱螺纹孔(7)相配合，子单元支架螺栓(9)与子单元支架螺纹孔(10)相配合。考虑双稳态层合板在振动和跳跃过程中四个角点均可保持在一个平面，因此四个子单元调整为同平面角点简支。
为了实现不同尺寸的双稳态板的夹持目的，底座(1)每间隔5cm打螺纹孔，中心位置五个安装振动台螺纹孔(6)与振动台的螺纹孔位置和孔径相匹配，方便将底座(1)固定在振动台上。
为避免振动试验过程中基座结构自身振动而影响测试结果，每个立柱(2)分别通过两个立柱安装螺栓(11)固定。
采用子单元支架螺栓(9)和可移动螺栓夹紧件(3)组合以适应不同类型翘曲的曲板的夹持要求。安装振动台螺纹孔(6)位于底座(1)中心，立柱安装螺纹孔(7)每5cm一组均匀分布于底座(1)上，规格与安装振动台螺纹孔(6)相同。立柱(2)的安装位置关于安装振动台螺纹孔(6)对称，根据测试板结构尺寸的不同，进行同步调整。子单元支架螺纹孔(10)位于立柱(2)距根部7cm处，这个高度可满足大部分双稳态变形，以不至于碰撞底座，两个子单元支架螺纹孔(10)间隔4cm。可移动螺栓夹紧件(3)位置根据测试板的翘曲构型的不同，能够在立柱(2)上任意调整。锥形子单元安装螺纹孔(12)每隔2cm分布于子单元支架(4)上。
点简支子单元由子单元支架(4)、不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)组合而成。不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)的尾部均设有螺纹，不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)均与锥形子单元安装螺纹孔(12)相配合，装配完成后用螺母固定。通过不可移动锥形子单元(5)的夹持可实现不可移动点简支的边界形式；通过可移动锥形子单元(8)的夹持可实现可移动点简支的边界形式。两种点简支单元的随机组合以适应不同振动形态的曲板的夹持目的。并且针对于不同厚度的板结构，通过不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)螺栓的调整位置，实现夹紧力的调整，使得夹持效果最佳。
不可移动锥形简支子单元(5)通过两个锥头的夹紧作用可对所夹持板结构实现点位置固定，但不限制弯矩和转角。可移动锥形子单元(8)通过两个锥形头部嵌入圆珠，在夹持板结构时可实现支撑点位置在基础激励方向的相对位置保持不变，而不限制其面内位移、转角和弯矩。因此实现了在双稳态层合板跳跃过程中不会因夹持装置的作用而产生额外的面内载荷。能够模拟理论上对于不可移动简支和可移动简支的描述。
底座(1)和立柱(2)采用航空铝材料。
子单元支架(4)和不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)采用硬铝合金。
本发明的技术优势是：通过实验所需双稳态板的尺寸，调整立柱的位置；根据板面翘曲情况的不同可通过调整可移动螺栓夹紧件(3)的位置来调节各点支撑高度；两类锥形子单元可调节夹紧力。因此在一个底座平台上可实现各类曲板的点夹持目的，夹具通用性强，节省了振动试验中的重复设计制造的费用。
附图说明
图1双稳态层合板振动实验夹持装置。
图2基础支架示意图。
图3两类简支子单元示意图。
图4实验装配示意图。
图中：1、底座，2、立柱，3、可移动螺栓夹紧件，4、子单元支架，5、不可移动锥形子单元，6、安装振动台螺纹孔，7、立柱螺纹孔，8、可移动锥形子单元，9、子单元支架螺栓，10、子单元支架螺纹孔，11、立柱安装螺栓，12、锥形子单元安装螺纹孔，13、振动试验激励方向，14、双稳态层合板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
实施例
通过紧固螺栓将底座(1)固定到振动台台面上，振动台的激励方向为(13)与底座面相垂直。根据实验所用双稳态层合板的尺寸参数，调整立柱(2)的位置，通过立柱安装螺栓(11)将四个立柱固定在底座上。根据板翘曲形态特点，将组装好的不可移动简直子单元一个和可移动简支子单元三个通过子单元支架螺栓(9)安装于立柱之上。将双稳态层合板(14)安装于夹持装置上，实现了四角点简支的支撑条件，进而进行双稳态层合板在基础激励下的振动试验。
该装置分为三大部分，分别为底座(1)、立柱(2)、以及两类点简支子单元；为了实现不同尺寸的双稳态板的夹持目的，底座5cm间隔打螺纹孔，中心位置五个螺纹孔(6)与振动台螺纹孔位置和孔径相匹配，方便固定在振动台上。为避免振动试验过程中基座结构自身振动而影响测试结果，四个立柱(2)分别通过两个螺栓固定在基座上。采用子单元支架螺栓(9)和可移动螺栓固定件(3)组合以适应不同类型翘曲的曲板的夹持要求。点简支子单元由子单元支架(4)和两类锥形子单元组组合而成。通过不可移动锥形子单元(5)的夹持可实现不可移动点简支的边界形式；通过可移动锥形子单元的夹持可实现可移动点简支的边界形式。两种点简支单元的随机组合以适应不同振动形态的曲板的夹持目的。并且针对于不同厚度的板结构，通过锥形子单元螺栓的调整位置，实现预紧力的调整，使夹持效果最佳。

Claims (8)

1.一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：该装置包括底座(1)、立柱(2)以及点简支子单元；立柱(2)为四个，四个相同规格的立柱(2)通过立柱安装螺栓(11)固定在底座(1)的四个角部；点简支子单元由可移动螺栓夹紧件(3)或子单元支架螺栓(9)安装于立柱(2)上组成；立柱安装螺栓(11)与立柱螺纹孔(7)相配合，子单元支架螺栓(9)与子单元支架螺纹孔(10)相配合。
2.根据权利要求1所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：底座(1)每间隔5cm打螺纹孔，中心位置五个安装振动台螺纹孔(6)与振动台的螺纹孔位置和孔径相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：每个立柱(2)分别通过两个立柱安装螺栓(11)固定。
4.根据权利要求1所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：采用子单元支架螺栓(9)和可移动螺栓夹紧件(3)组合以适应不同类型翘曲的曲板的夹持要求；安装振动台螺纹孔(6)位于底座(1)中心，立柱安装螺纹孔(7)每5cm一组均匀分布于底座(1)上，规格与安装振动台螺纹孔(6)相同；立柱(2)的安装位置关于安装振动台螺纹孔(6)对称，根据测试板结构尺寸的不同，进行同步调整；子单元支架螺纹孔(10)位于立柱(2)距根部7cm处，两个子单元支架螺纹孔(10)间隔4cm；可移动螺栓夹紧件(3)位置根据测试板的翘曲构型的不同，能够在立柱(2)上任意调整；锥形子单元安装螺纹孔(12)每隔2cm分布于子单元支架(4)上。
5.根据权利要求4所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：点简支子单元由子单元支架(4)、不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)组合而成；不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)的尾部均设有螺纹，不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)均与锥形子单元安装螺纹孔(12)相配合，装配完成后用螺母固定；通过不可移动锥形子单元(5)的夹持可实现不可移动点简支的边界形式；通过可移动锥形子单元(8)的夹持可实现可移动点简支的边界形式；两种点简支单元的随机组合以适应不同振动形态的曲板的夹持目的；通过不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)螺栓的调整位置，实现夹紧力的调整。
6.根据权利要求4所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：不可移动锥形简支子单元(5)通过两个锥头的夹紧作用可对所夹持板结构实现点位置固定，但不限制弯矩和转角；可移动锥形子单元(8)通过两个锥形头部嵌入圆珠，在夹持板结构时可实现支撑点位置在基础激励方向的相对位置保持不变，而不限制其面内位移、转角和弯矩。
7.根据权利要求1所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：底座(1)和立柱(2)采用航空铝材料。
8.根据权利要求4所述的一种双稳态层合板振动实验夹持装置，其特征在于：子单元支架(4)和不可移动锥形子单元(5)和可移动锥形子单元(8)采用硬铝合金。
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