CN112213088A - 一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置 - Google Patents

一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：包括传力杆1、单耳7、拉板8、以及法兰盘6，其中，所述传力杆1一端通过销与法兰盘6连接，所述法兰盘6用于与舱体试验件的内部承力框连接；所述传力杆1的另一端与拉板8连接，所述拉板8上用于承受剪力；所述单耳7安装在所述传力杆1的中间部位，所述传力杆1可绕单耳7在角度内转动，所述单耳7相当于传力杆1的支点；所述传力杆1的底部承受沿z轴向的压力。本发明提出的试验设计方法解决了大量级压剪耦合载荷的施加问题，同时基于仿真分析对试验装置尺寸进行详细设计，以保证试验装置强度、降低试验风险。

Description

一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置
技术领域
本发明属于航天飞行器舱体结构类试验领域，具体涉及一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置。
背景技术
随着航天飞行器性能指标的不断提升，对舱体结构的承载要求也越来越严苛，不仅承载力的量级不断增加，而且为了真实全面的考核结构，在地面模拟载荷工况时，压力与剪力耦合加载的试验需求也逐渐增多。因此需要根据目前研制的舱体结构以及服役时的载荷工况特点，确定试验加载方式以及试验装置的构型。本发明专利提出了适用于舱体试验件内部承力框压力与剪力耦合大量级加载的试验装置构型，并基于仿真分析，提供了试验装置详细设计方法。通过优化设计构型改善试验装置的传力，并利用滑块解决试验装置的传力机构连接区域强度不足的问题，以满足大量级剪力的施加需求。从而在保证试验高效与安全开展的同时，获得正确、充分的试验数据。依靠试验数据全面了解结构各个部位的强度变化过程，解决型号研制中的结构设计与强度考核问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种舱体结构压剪耦合载荷试验的设计方法，该方法根据舱体试验件以及加载要求，并通过仿真分析对试验装置的具体构型与尺寸进行详细设计。利用本发明可实现对舱体试验件内部承力框压力与剪力耦合大量级同时加载。为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：包括传力杆发明1发明、单耳发明7发明、拉板发明8发明、以及法兰盘发明6发明，其中，所述传力杆发明1发明一端通过销与法兰盘发明6发明连接，所述法兰盘发明6发明用于与舱体试验件发明9发明的内部承力框发明10发明连接；所述传力杆发明1发明的另一端与拉板发明8发明连接，所述拉板发明8发明上用于承受剪力，与剪力作动器发明11发明连接；所述单耳发明7发明安装在所述传力杆发明1发明的中间部位，所述传力杆发明1发明可绕单耳发明7发明在角度内转动，所述单耳发明7发明相当于传力杆发明1发明的支点；所述传力杆发明1发明的底部承受沿z轴向的压力，由连接接口发明5发明与轴压力作动器发明12发明连接。
优选地，所述单耳发明7发明与所述传力杆发明1发明的安装方式包括：在所述传力杆发明1发明中间部位开设通孔，所述通孔内穿有销发明2发明，所述单耳发明7发明穿过所述传力杆发明1发明套设在销发明2发明上，所述通孔的直径大于所述销发明2发明的直径，使得所述单耳发明7发明能够绕所述传力杆发明1发明转动，对单耳施加固定约束作为杠杆的支点。
优选地，所述拉板发明8发明与所述传力杆发明1发明的安装方式包括：在所述传力杆发明1发明上开有方型孔，方型孔内设置滑块发明3发明，所述滑块发明3发明能够在方型孔内上下活动，所述滑块发明3发明内部开设有通孔，用于安装销发明4发明，所述拉板发明8发明套设在销发明4发明上，在拉板上施加剪力。
优选地，所述法兰盘发明6发明与所述传力杆发明1发明通过销连接。
优选地，所述单耳发明7发明与外部固定工装连接。
优选地，所述法兰盘发明6发明与试验件通过螺栓连接，保证法兰盘发明6发明与试验件承力框发明10发明无间隙且在试验加载过程中不发生相对滑动。
优选地，所述拉板发明8发明一端套设在销发明3发明上，另一端与剪力作动器发明11发明连接，施加载荷保证为与试验件初始的中轴线垂直。
上述试验装置的结构构型以及尺寸的详细设计需要依据仿真分析结果。通过仿真优化试验结构构型改善传力，根据试验装置强度的分析结果确定传力杆1尺寸，并利用滑块解决试验装置的传力机构连接区域强度不足的问题。方型孔与腰型孔的沿杆轴向的最小尺寸要利用仿真根据载荷作用下试验件沿轴向的变形量确定，保证传力杆1可以沿轴向有足够的运动空间，以使轴向压力正确的传递。
本发明取得了试验装置结构简单、试验过程操作方便、模拟精确、可重复应用和多规格灵活设计的有益效果。
附图说明
图1是本发明中试验装置的结构示意图；
图2是航天飞行器舱体试验件内部承力框上同时实施压力与剪力加载时的安装方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明做一详细的说明。
图1是本发明中试验装置的结构示意图，包括传力杆1、单耳7、拉板8、以及法兰盘6，其中，所述传力杆1一端通过销与法兰盘6连接，所述法兰盘6用于与舱体试验件9的内部承力框10连接；所述传力杆1的另一端与拉板8连接，所述拉板8上用于承受剪力；所述单耳7安装在所述传力杆1的中间部位，所述传力杆1可绕单耳7在角度内转动，所述单耳7相当于传力杆1的支点；所述传力杆1的底部承受沿z轴向的压力。
根据本发明的一个实施例，所述单耳7与所述传力杆1的安装方式包括：在所述传力杆1中间部位开设通孔，所述通孔内穿有销2，所述单耳7穿过所述传力杆1套设在销2上，所述通孔的直径大于所述销2的直径，使得所述单耳7能够绕所述传力杆1转动，对单耳施加固定约束作为杠杆的支点。
根据本发明的一个实施例，所述拉板8与所述传力杆1的安装方式包括：在所述传力杆1上开有方型孔，方型孔内设置滑块3，所述滑块3能够在方型孔内上下活动，所述滑块3内部开设有通孔，用于安装销4，所述拉板8套设在销4上，在拉板上施加剪力。
例如，滑块内部圆孔与销4配合，滑块外形为方形，与杆1的方型孔侧壁面贴合，通过面与面的接触传递剪力。传递剪力时，仿真分析结果表明试验装置应力响应最大值出现在销与方孔连接的区域，通过滑块可以有效降低其结构的应力水平，这样在保证试验装置的强度要求的前提下可以有效提升施加剪力的量级。
根据本发明的一个实施例，所述法兰盘6与所述传力杆1通过销连接。
例如，传力杆1通过三个圆柱销分别与法兰盘6、单耳7、拉板8连接，传力杆1的三个连接为铰接形式，保证杆可以沿圆柱销轴线转动。
拉板8与剪力作动器11连接，初始状态下剪力的作用方向垂直于杆；在剪力施加端的同一侧杆端部为平面且有螺纹接口5，用于与轴压力作动器12连接，初始状态下沿平行于杆的方向施加压力；中间部分通过销与单耳连接，在单耳另一端施加固定约束，形成杠杆的铰支点。
根据本发明的一个实施例，所述单耳7与外部固定工装连接。
根据本发明的一个实施例，所述法兰盘6与试验件9通过螺栓连接，保证法兰盘6与试验件承力框10无间隙且在试验加载过程中不发生相对滑动。
根据本发明的一个实施例，所述拉板8一端套设在销3上，另一端与剪力作动器11连接，施加载荷保证为与试验件初始的中轴线垂直。
本发明中，所述试验装置的销2、销4、拉板8与单耳7根据试验加载要求选择其规格；法兰盘6根据试验件9结构情况确定，方型孔与腰型孔的大小需根据销、拉板与单耳的尺寸确定，保证施力机构之间不相干涉。方型孔与腰型孔的位置以及传力杆1的具体尺寸，需要依据杠杆传力的具体要求、舱体试验件9内部空间大小、力作用于试验件承力框10所在截面的深度、以及仿真分析得到强度考核结果综合确定。
试验装置的具体结构构型与尺寸，需要依据杠杆传力的具体要求、舱体试验件内部空间大小、力作用于试验件承力框10所在截面的深度、以及仿真分析得到强度考核结果综合确定。具体的设计方法如下：
法兰盘6的外形尺寸、其螺栓孔位置与尺寸需根据舱体试验件承力框结构特征而定，保证法兰盘6与试验件承力框10的连接刚度，从而保证轴压力与剪力的传递。
销、拉板、单耳的规格选择需根据试验的载荷量级确定；其尺寸确定后，传力杆1上开孔的尺寸要与之匹配，同时法兰盘6的中间方形开口尺寸也要与传力杆1的截面尺寸匹配，保证施力机构之间不相干涉。
通过仿真优化试验结构构型改善传力，根据试验装置强度的分析结果确定传力杆1尺寸，并利用滑块解决试验装置的传力机构连接区域强度不足的问题。方型孔与腰型孔的沿杆轴向的最小尺寸要利用仿真根据载荷作用下试验件沿轴向的变形量确定，保证传力杆1可以沿轴向有足够的运动空间，以使轴向压力正确的传递。
图2是航天飞行器舱体试验件9内部承力框10上同时实施压力与剪力加载时的安装方式示意图。本发明试验装置从舱体试验件9下端伸入连接到被测承力框10上，试验装置的法兰盘6与试验件承力框10使用螺栓固定。舱体试验件9放置于刚性框架平台13上，下端用螺栓固定连接，上端通过连接工装与梁框14固定，梁框再固定于斜铸框上，从而实现舱体试验件9上、下两端的固定约束。本发明试验装置中传力杆1下端面与轴压力作动器12连接，在试验初始状态时，轴压力平行于传力杆方向(z向)，拉板8与剪力作动器11连接，在试验初始状态时，剪力垂直于传力杆方向(y向)。对试验装置传力杆1中间段连接的单耳施加固定约束，作为传力杠杆的铰支点。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：包括传力杆(1)、单耳(7)、拉板(8)、以及法兰盘(6)，其中，所述传力杆(1)一端通过销与法兰盘(6)连接，所述法兰盘(6)用于与舱体试验件(9)的内部承力框(10)连接；所述传力杆(1)的另一端与拉板(8)连接，所述拉板(8)上用于承受剪力，与剪力作动器(11)连接；所述单耳(7)安装在所述传力杆(1)的中间部位，所述传力杆(1)可绕单耳(7)在角度内转动，所述单耳(7)相当于传力杆(1)的支点；所述传力杆(1)的底部承受沿z轴向的压力，由连接接口(5)与轴压力作动器(12)连接。
2.如权利要求1所述的一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：所述单耳(7)与所述传力杆(1)的安装方式包括：在所述传力杆(1)中间部位开设通孔，所述通孔内穿有销(2)，所述单耳(7)穿过所述传力杆(1)套设在销(2)上，所述通孔的直径大于所述销(2)的直径，使得所述单耳(7)能够绕所述传力杆(1)转动，对单耳施加固定约束作为杠杆的支点。
3.如权利要求1所述的一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：所述拉板(8)与所述传力杆(1)的安装方式包括：在所述传力杆(1)上开有方型孔，方型孔内设置滑块(3)，所述滑块(3)能够在方型孔内上下活动，所述滑块(3)内部开设有通孔，用于安装销(4)，所述拉板(8)套设在销(4)上，在拉板上施加剪力。
4.如权利要求1所述的一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：所述法兰盘(6)与所述传力杆(1)通过销连接。
5.如权利要求1所述的一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：所述单耳(7)与外部固定工装连接。
6.如权利要求1所述的一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：所述法兰盘(6)与试验件通过螺栓连接，保证法兰盘(6)与试验件承力框(10)无间隙且在试验加载过程中不发生相对滑动。
7.如权利要求1所述的一种舱体结构压剪耦合载荷试验装置，其特征在于：所述拉板(8)一端套设在销(3)上，另一端与剪力作动器(11)连接，施加载荷保证为与试验件初始的中轴线垂直。
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