CN111337340B - 一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料力学性能测试领域，涉及一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置，测试装置包括：试验件、支持立柱，蒙皮侧边支持夹具，端部支持夹具和肋假件支持夹具；试验件采用单长桁构型，沿肋站位面对称，肋站位面处设置假肋，在假肋处截止形成长桁截止端作为试验考核区，端部通过端部夹具夹持，假肋采用夹块进行夹持，采用套筒滑轨假肋在加载过程中沿长桁轴向进行移动；蒙皮侧边采用含滚轮的夹持夹具夹持，防止蒙皮侧边发生垂直蒙皮方向的失稳。测试装置具有结构简单，使用方便，针对帽型长桁结构可同时实现拉伸和压缩试验，蒙皮侧边采用含滚轮的夹持夹具，在蒙皮平面内的两个方向摩擦力较小，能够很好地模拟蒙皮侧边的边界条件。

Description

一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置

技术领域

本发明属于复合材料力学性能测试领域，尤其涉及一种用于长桁截止端力学性能测试的侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置。

背景技术

目前复合材料加筋壁板结构在飞机结构中得到了广泛的应用。对于机身、机翼或尾翼等结构，通常采用T型、工型、帽型长桁加筋壁板结构，如图1所示。长桁和蒙皮之间通常采用共固化、共胶接、二次胶接等成型方式。根据实际结构的功能、连接等方面的要求，长桁不可避免的需要在蒙皮一定位置截止，因此在加筋壁板结构中会出现长桁截止端，如图2所示。长桁截止端处由于结构构型和刚度的改变会导致该部分出现应力集中，导致长桁截止端出现脱粘或者分层等破坏。

《金属机翼长桁梢部拉伸试验研究》(来自《民用飞机设计与研究》2015年03期，作者柯志强)中提到了一种针对金属长桁端头的试验方案。该试验方案选取单个长桁典型端头结构设计试验件，试验件由长桁和蒙皮组成。试验件分为三组,试验件A-1、试验件A-2和试验件A-3，对应斜削角度分别为15°、30°和45°，试验件示意图如3所示。

因此在结构设计中需要对长桁截止端处进行重点关注，而现有技术存在以下不足之处，即蒙皮侧边支撑夹具没有和外部结构相连接，对蒙皮侧边支撑结构不足或多长桁试验件尺寸较大，对加载设备要求较高，疲劳加载效率较低、难度较大，以及针对帽型长桁结构并且对于拉伸和压缩试验分别设置不同的夹具，制造成本较高。

发明内容

本发明提供一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置：该测试装置采用单长桁构型的试验件，沿肋站位面对称，肋站位面处设置假肋，长桁在假肋处截止形成长桁截止端作为试验考核区，端部通过端部夹具夹持，假肋采用夹块进行夹持，假肋夹持夹具基座可沿套筒滑轨在长桁方向进行移动；蒙皮侧边采用含滚轮的夹持夹具夹持，防止蒙皮侧边发生垂直蒙皮方向的失稳。

进一步，所述测试装置：试验件、支持立柱，蒙皮侧边支持夹具，端部支持夹具和肋假件支持夹具；

其中，所述试验件，用于模拟长桁，实现长桁端头区域的性能考核；

所述蒙皮侧边支持夹具，用于防止蒙皮发生面外失稳；

所述端部支持夹具，用于对长桁端头区域进行加载；

所述肋假件支持夹具，用于支撑试验件的假肋，模拟真实结构肋的面外支持；

所述支持立柱，用于安装固定所述蒙皮侧边支持夹具、肋假件支持夹具和试验件；

2个第一所述支持立柱对称设置，4个所述蒙皮侧边支持夹具通过连接杆分别安装在2个所述第一支持立柱上，其中2个所述蒙皮侧边支持夹具对称设置在2个所述第一支持立柱的上端，另外2个所述蒙皮侧边支持夹具对称设置在2个所述第一支持立柱的下端；所述肋假件支持夹具通过所述第二支持立柱设置在4个所述蒙皮侧边支持夹具之间的中心位置，所述试验件通过4个所述蒙皮侧边支持夹具和所述肋假件支持夹具固定，且所述试验件上端和下端分别设置所述端部支持夹具。

进一步，所述试验件包括蒙皮、长桁腹板、假肋和加强垫片；

其中，所述蒙皮为矩形板状，矩形板状的所述蒙皮的一端端面的中间位置设有假肋，2个所述长桁腹板对称设置在所述假肋的两侧的所述长桁的中心线上，并与所述假肋相互垂直，2个所述加强垫片分别设置在所述矩形板状的所述蒙皮的两端，2个所述长桁腹板靠近假肋两侧的长桁腹板的端部为试验考核区长桁截止端，2个所述长桁腹板的另一端为非考核区长桁截止端，2个所述长桁腹板两侧区域为蒙皮试验区。

进一步，所述蒙皮侧边支持夹具包括C型外壳，第一调节螺栓，上滚轮组合和下滚轮组；

其中，所述上滚轮组和下滚轮组对称设置在所述C型外壳内部，并通过所述调节螺栓固定。

进一步，所述端部支持夹具包括上下对称设置的上端部夹持块和下端部夹持块；

其中，所述上端部夹持块和下端部夹持块均包括左夹具块、右夹具块和U型槽；

所述左夹具块和右夹具块均为倒直角梯形，呈倒直角梯形的所述左夹具块和右夹具块对称设置，所述U型槽设置在其中一个夹具块的底部中心位置，且所述上端部夹持块和下端部夹持块上的U型槽同侧设置。

进一步，所述肋假件支持夹具包括支持横梁、导轨、固定座、弹簧连接座、支持弹簧，夹具固定块、夹具活动块和第二调节螺栓；

其中，2根所述支持横梁对称设置，且所述支持横梁的侧面上设有横梁滑槽，所述导轨设置在2根所述支持横梁的一侧，并通过螺母与2根所述支持横梁的横梁滑槽连接，所述弹簧连接座设置在所述导轨的顶部，所述支持弹簧的一端通过螺母与所述弹簧连接座固接；

所述固定座通过底部设有固定块滑槽设置在所述导轨上，且所述支持弹簧的另一端与所述固定座固接；所述夹具固定块和夹具活动块对称设置在所述固定座上，所述夹具活动块通过第二调节螺栓固定。

进一步，所述装置还包括用于调节蒙皮侧边支持夹具的调节装置，所述调节装置包括固定座和调节臂，所述固定座套设在所述第一支持立柱上，所述调节臂一端通过销轴与所述固定座枢接，另一端所述连接杆一端连接。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有以下特点：

1、长桁截止端试验件为单长桁构型，沿肋站位面对称。肋站位面处设置假肋，两侧长桁腹板在假肋处截止形成长桁截止端作为试验考核区。

2、长桁截止端试验件在夹持区增宽，并粘贴加强垫片。肋假件两侧长桁腹板在夹持区截止，加强垫片在夹持区截止端处开槽，端部夹具通过液压夹持在加强垫片上，夹持区域包含加强垫片开槽区域。

3、假肋采用夹块进行夹持，采用套筒滑轨假肋在加载过程中可以沿长桁轴向进行移动；

4、蒙皮侧边夹持夹具设计了一种含滚轮的夹持方案，该夹持方案在蒙皮平面内的两个方向摩擦力较小，能够很好地模拟蒙皮侧边的边界条件。

附图说明

图1为现有技术中的T型、工型、帽型长桁加筋壁板结构示意图。

图2为长桁截止端结构示意图。

图3为试验件A-1示意图。

图4为本发明一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装的结构示意图。

图5为本发明一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装的局部示意图。

图6为本发明的试验件的结构示意图。

图7为本发明的蒙皮侧边支持夹具的结构示意图。

图8为本发明的端部支持夹具的结构示意图。

图9为本发明的肋假件支持夹具的结构示意图。

图10为本发明试验夹具安装步骤示意图。

图中：

1.支持立柱，1-1.第一支持立柱，1-2.第二支持立柱,2.试验件，201.加强垫片，202-试验考核区长桁截止端，203.长桁腹板，204.试验考核区长桁截止端，205.假肋，206.非考核区长桁截止端，207-蒙皮，208非考核区长桁截止端，3.蒙皮侧边支持夹具，301.C型外壳，302.第一调节螺栓，303.上滚轮组，304.下滚轮组，3041.轴承架,3042.滚轮,4.端部支持夹具,401.上端部夹持块，402.下端部夹持块,4011.左夹具块，4012.右夹具块，403.U型槽，5.肋假件支持夹具,501横梁，502.导轨，503.固定座，504.弹簧连接座，505.支持弹簧，506.夹具固定块，507.夹具活动块.508.第二调节螺栓，509.横梁滑槽，6.调节装置，6-1.固定座，6-2.调节臂，7.连接杆。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图4-图5所示，本发明一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置：该测试装置包括试验件2和测试夹具，所述试验件2采用单长桁构型，沿肋站位面对称，肋站位面处设置假肋205，长桁腹板203在假肋205处截止形成长桁截止端作为试验考核区，端部通过端部夹具夹持4，假肋205采用夹块进行夹持，采用套筒滑轨假肋205在加载过程中沿长桁轴向进行移动；蒙皮侧边采用含滚轮的夹持夹具夹持，防止蒙皮侧边发生垂直蒙皮方向的失稳。

所述测试装置：试验件2、支持立柱1，蒙皮侧边支持夹具3，端部支持夹具4和肋假件支持夹具5；

其中，所述试验件2，用于模拟长桁，实现长桁端头区域的性能考核；

所述蒙皮侧边支持夹具3，用于防止蒙皮发生面外失稳；

所述端部支持夹具4，用于对试验件区域进行加载；

所述肋假件支持夹具5，用于支撑试验件的假肋，模拟真实结构肋的面外支持；

所述支持立柱1，用于安装固定所述蒙皮侧边支持夹具3和肋假件支持夹具5；

所述支持立柱1包括第一支持立柱1-1和第二支持立柱1-2，2个第一所述支持立柱1-1对称设置，4个所述蒙皮侧边支持夹具3通过连接杆7分别安装在2个所述第一支持立柱1-1上，其中2个所述蒙皮侧边支持夹具3对称设置在2个所述第一支持立柱1-1的上端，另外2个所述蒙皮侧边支持夹具4对称设置在2个所述第一支持立柱1-1的下端；所述肋假件支持夹具5通过所述第二支持立柱1-2设置在4个所述蒙皮侧边支持夹具5之间的中心位置，所述试验件2通过4个所述蒙皮侧边支持夹具3和所述肋假件支持夹具5固定，且所述试验件2上端和下端分别设置有所述端部支持夹具4。

所述试验件2包括蒙皮207、长桁腹板203、假肋205和加强垫片201；

其中，所述蒙皮207为矩形板状，矩形板状的所述蒙皮207的中间位置设有假肋205，2个所述长桁腹板203对称设置在与所述假肋205同侧的中心线上，并与所述假肋205相互垂直，2个所述加强垫片201分别设置在所述矩形板状的所述蒙皮207的两端，2个所述长桁腹板203靠近假肋两侧的长桁腹板的端部为试验考核区长桁截止端202和204，2个所述长桁腹板203的另一端为非考核区长桁截止端206和208，2个所述长桁腹板203两侧区域为蒙皮试验区。

所述蒙皮侧边支持夹3具包括C型外壳301，第一调节螺栓302，上滚轮组303和下滚轮组304；

其中，所述上滚轮组303和下滚轮组304对称设置在所述C型外壳301内部，并通过所述第一调节螺栓302固定。

所述上滚轮组303和下滚轮组304均包括轴承架3041和多组滚轮3042；所述多组滚轮3042等距安装在所述轴承架3041上。

所述端部支持夹具4包括上下对称设置的上端部夹持块401和下端部夹持块402；

其中，所述上端部夹持块401和下端部夹持块402均包括左夹具块4011、右夹具块4012和U型槽403；

所述左夹具块4011和右夹具块4012均为倒直角梯形，呈倒直角梯形的所述左夹具块4011和右夹具块4012对称设置，所述U型槽403设置在其中一个夹具块的底部中心位置，且所述上端部夹持块401和下端部夹持块402上的U型槽403同侧设置。

所述肋假件支持夹具5包括支持横梁501、导轨502、固定座503、弹簧连接座504、支持弹簧505，夹具固定块506、夹具活动块507和第二调节螺栓508；

其中，2根所述支持横梁501对称设置，且所述支持横梁501的侧面上设有横梁滑槽509，所述导轨502设置在2根所述支持横梁501的一侧，并通过螺母与2根所述支持横梁501的横梁滑槽509连接，所述弹簧连接座504设置在所述导轨502的顶部，所述支持弹簧505的一端通过螺母与所述弹簧连接座504固接；

所述固定座503通过底部设有固定块滑槽设置在所述导轨502上，且所述支持弹簧505的另一端与所述固定座503固接；所述夹具固定块506和夹具活动块507对称设置在所述固定座503上，所述夹具活动块507通过第二调节螺栓508固定，如图9所示。

所述支持弹簧505为在重力作用下变形不超过5mm的弹簧。

所述U型槽403的长度小于夹具块高度的1/2。

所述装置还包括用于调节蒙皮侧边支持夹具的调节装置6，所述调节装置6包括固定座6-1和调节臂6-2，所述固定座6-1套设在所述第一支持立柱1-1上，所述调节臂6-2一端通过销轴与所述固定座6-1枢接，另一端所述连接杆7的一端连接，如图4-图5所示。

本测试装置构成包括试验件和试验夹具，采用本装置完成分段长桁端头力学性能试验需要包括试验件的制备和试验夹具安装的两部分过程。

试验夹具安装步骤，如图10所示：

步骤1：将试验件2的上端部通过上端部夹持块401夹持，且上端部夹持块401的端部与加载试验机连接，使试验件2自然垂直；

步骤2：调整下端部夹持块402的位置，对中试验件2下端部并夹紧完成试验件2下部的夹持；

步骤3：调整假肋支持夹具5的位置，使夹持中面与假肋205中面位于同一水平面，拧紧第二调节螺栓508使得夹块夹紧假肋；

步骤4：调整蒙皮侧边支持夹3的滚轮组的位置，调整蒙皮侧边支撑夹3上第一调节螺栓302拧紧，完成侧边蒙皮的支撑，然后开启加载试验机，进行模拟测试。

以上对本申请实施例所提供的一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，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申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (5)

1.一种侧边简支的长桁截止端试验件构型的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：试验件、支持立柱，蒙皮侧边支持夹具，端部支持夹具和肋假件支持夹具；

所述试验件，用于模拟长桁，实现长桁端头区域的性能考核；

所述蒙皮侧边支持夹具，用于防止蒙皮发生面外失稳；

所述端部支持夹具，用于对试验件端头区域进行加载；

所述肋假件支持夹具，用于支撑试验件的肋假，模拟真实结构肋的面外支持；

所述支持立柱，用于安装固定所述蒙皮侧边支持夹具和肋假件支持夹具；

所述支持立柱包括第一支持立柱和第二支持立柱，2个所述第一支持立柱对称设置，4个所述蒙皮侧边支持夹具通过连接杆分别安装在所述第一支持立柱上，其中2个所述蒙皮侧边支持夹具对称设置在2个所述第一支持立柱的上端，另外2个所述蒙皮侧边支持夹具对称设置在2个所述第一支持立柱的下端；所述肋假件支持夹具通过所述第二支持立柱设置在4个所述蒙皮侧边支持夹具之间的中心位置，所述试验件通过4个所述蒙皮侧边支持夹具和所述肋假件支持夹具固定，且所述试验件上端和下端分别设置所述端部支持夹具；

所述试验件包括蒙皮、长桁腹板、假肋和加强垫片；

其中，所述蒙皮为矩形板状，矩形板状的所述蒙皮的中间位置设有假肋，2个所述长桁腹板对称设置在与所述假肋同侧的中心线上，并与所述假肋相互垂直，2个所述加强垫片分别设置在所述矩形板状的所述蒙皮的两端，2个所述长桁腹板靠近假肋两侧的长桁腹板的端部为试验考核区长桁截止端，2个所述长桁腹板的另一端为非考核区长桁截止端，2个所述长桁腹板两侧区域为蒙皮试验区；

所述蒙皮侧边支持夹具包括C型外壳，第一调节螺栓，上滚轮组和下滚轮组；

其中，所述上滚轮组和下滚轮组对称设置在所述C型外壳内部，并通过所述调节螺栓固定；

所述端部支持夹具包括上下对称设置的上端部夹持块和下端部夹持块；

其中，所述上端部夹持块和下端部夹持块均包括左夹具块、右夹具块和U型槽；

所述左夹具块和右夹具块均为倒直角梯形，呈倒直角梯形的所述左夹具块和右夹具块对称设置，所述U型槽设置在其中一个夹具块的底部中心位置，且所述上端部夹持块和下端部夹持块上的U型槽同侧设置；

所述肋假件支持夹具包括支持横梁、导轨、固定座、弹簧连接座、支持弹簧，夹具固定块、夹具活动块和第二调节螺栓；

其中，2根所述支持横梁对称设置，且所述支持横梁的侧面上设有横梁滑槽，所述导轨设置在2根所述支持横梁的一侧，并通过螺母与2根所述支持横梁的横梁滑槽连接，所述弹簧连接座设置在所述导轨的顶部，所述支持弹簧的一端通过螺母与所述弹簧连接座固接；

所述固定座通过底部设有固定块滑槽设置在所述导轨上，且所述支持弹簧的另一端与所述固定座固接；所述夹具固定块和夹具活动块对称设置在所述固定座上，所述夹具活动块通过第二调节螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述上滚轮组和下滚轮组均包括轴承架和多组滚轮；所述多组滚轮等距安装在所述轴承架上。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述支持弹簧为在重力作用下变形不超过5mm的弹簧。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述U型槽的长度小于夹具块高度的1/2。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述装置还包括用于调节蒙皮侧边支持夹具的调节装置，所述调节装置包括固定座和调节臂，所述固定座套设在所述第一支持立柱上，所述调节臂一端通过销轴与所述固定座枢接，另一端与所述连接杆的一端连接。

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