CN112763317A - 一种轴压夹具端部支持系数测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空结构试验领域，特别涉及一种轴压夹具端部支持系数测定方法。包括：选取金属平板假件，其中金属平板假件为夹具端部支持系数测量基准；利用待测轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持；用待测轴压夹具对金属平板假件进行加载并记录加载过程中金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P；根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr；根据金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr确定试验夹具的端部支持系数C。本发明通过测定金属平板假件的面外位移及加载端载荷，减少了采用载荷‑应变曲线人工选取分叉点或斜率变化点判定屈曲载荷所引起的人为因素误差，极大地提高了屈曲载荷的准确性。

Description

一种轴压夹具端部支持系数测定方法
技术领域
本发明属于航空结构试验领域，特别涉及一种轴压夹具端部支持系数测定方法。
背景技术
薄板加筋结构的轴压试验是飞机设计过程的常见基础试验之一。薄板加筋结构进行轴压承载能力试验时，试验件端部夹持方式对屈曲载荷和后屈曲承载能力影响较大。夹具端部支持系数的获取方法，多采用经典欧拉公式反推试验件的端部支持系数，因此欧拉屈曲载荷的准确判断至关重要。
目前，常用的轴压屈曲载荷判定通过金属平板假件的载荷-应变曲线如图1所示，判断标准一般选取曲线分叉点或者斜率变化点作为屈曲载荷。但是对于分叉点和斜率变化点的选取存在人为因素引起的误差。
发明内容
发明目的：提供一种高效准确的轴压夹具端部支持系数测定方法。
技术方案：
第一方面，提供了一种轴压夹具端部支持系数测定方法，包括：
选取金属平板假件，其中金属平板假件为夹具端部支持系数测量基准；
利用待测轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持；
用待测轴压夹具对金属平板假件进行加载并记录加载过程中金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P；
根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr；
根据金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr确定试验夹具的端部支持系数C。
进一步地，还包括：对试验夹具的端部支持系数进行归一化得到归一化的端部支持系数。
进一步地，归一化的端部支持系数k为：
Figure BDA0002868225050000021
其中，C为端部支持系数，Cs代表理想简支系数，Cc代表理想固支系数。
进一步地，利用待测轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持，具体为：
使待测轴压夹具的边界支持方式与真实试验一致并且待测轴压夹具加载轴向位于金属平板假件的形心。
进一步地，根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr，具体为：
根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定SouthWell曲线，其中，SouthWell曲线的横坐标为金属平板假件中心点面外位移，纵坐标为金属平板假件中心点面外位移与金属平板假件的加载载荷P之比；
根据SouthWell曲线确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr。
进一步地，金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr为SouthWell曲线的斜率的倒数。
进一步地，金属平板假件中心点面外位移为金属平板假件中点挠度δ。
进一步地，根据金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr确定试验夹具的端部支持系数C，具体包括：
根据平板压缩临界屈曲载荷解析表达式
Figure BDA0002868225050000022
确定试验夹具的端部支持系数C。
有益效果：
本发明通过测定金属平板假件的面外位移及加载端载荷，减少了采用载荷-应变曲线人工选取分叉点或斜率变化点判定屈曲载荷所引起的人为因素误差，极大地提高了屈曲载荷的准确性。
附图说明
图1载荷-应变曲线；
图2典型SouthWell曲线图；
图3轴压试验夹具装配主视图；
图4轴压试验夹具装配左视图(剖面图)。
具体实施方式
本发明通过测定金属平板假件的面外位移及加载端载荷，引入SouthWell曲线计算屈曲载荷，减少人工选取分叉点或拐折点作为屈曲载荷所带来的误差，同时引入支持系数的归一化处理，更好地衡量夹具对简支边界条件的模拟效果，极大地提高支持系数测定的准确性和后期试验数据处理效率。
本发明的方法步骤如下：
(1)选用与真实试验件长度和宽度相同的金属平板假件作为夹具端部支持系数测量基准，根据初步屈曲载荷估算，设定目标载荷值；
(2)采用需要测定支持系数的轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持，使其边界支持方式与真实试验一致，通过多次预试，待金属平板假件上中心剖面的正反面应变值均匀性、对称性和重复性满足试验要求后，保证加载轴线位于金属平板假件的形心，开始正式加载；
(3)在加载过程中，测量金属平板假件中心点面外位移并记录加载载荷P，测量过程中通过连续加载、连续测量的方式保证测量数据连贯性满足绘制SouthWell曲线的精度要求；
(4)对测量数据进行处理，绘制SouthWell曲线图如图2所示，根据曲线图求得金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr；
SouthWell曲线图横坐标为金属平板假件中心点面外位移(中点挠度δ)，纵坐标为金属平板假件中心点面外位移与金属平板假件的加载载荷P之比。
其中，在曲线存在横轴截距的情况下，重复步骤(2)～(4)调整加载轴线直到截距绝对值小于预定值。
(5)根据平板压缩临界屈曲载荷解析表达式
Figure BDA0002868225050000041
求得试验夹具的端部支持系数C，其中D＝Et3/12(1-ν2)，t为板厚，a为非加载边的长度，b为加载边的宽度，E为弹性模量，ν为泊松比。；
(6)定义归一化处理的端部支持系数
Figure BDA0002868225050000042
其中Cs代表理想简支系数，Cc代表理想固支系数。(此处归一化的定义充分考虑真实试验设计中简支试验夹具的支持系数基本能保证更接近简支边界，即大部分简支夹具的端部支持系数C均位于1～2.5范围内，兼顾数据处理的简易性、可操作性和易理解性。)
实施例：
为阐述本发明所述轴压夹具端部支持系数测定方法，以图3中的夹具为例进行详细说明。
(1)根据真实试验件尺寸，设计轴压屈曲金属平板假件的主要尺寸如所示，具体尺寸为500mm*600mm*5mm，根据估算，设定目标载荷值为50kN；
(2)采用需要测定支持系数的轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持，使其边界支持方式与真实试验一致，如图3和4所示，通过多次预试测定同一剖面应变片的应变值保证加载轴向位于金属平板假件的形心；
(3)在加载过程中，测量金属平板假件的中心点面外位移并记录加载载荷；
(4)采用SouthWell方法对测量数据进行处理绘制SouthWell曲线图，如图2所示，根据曲线图求得试验临界载荷值Pcr；
(5)根据平板压缩临界屈曲载荷解析表达式
Figure BDA0002868225050000043
求得试验夹具的端部支持系数C＝1.49；
(6)定义归一化处理支持系数
Figure BDA0002868225050000044
判定此轴压夹具的端部支持更接近简支边界条件。其中，理想简支系数Cs＝1；理想固支系数Cc＝4。
本发明通过测定金属平板假件的面外位移及加载端载荷，引入SouthWell曲线计算屈曲载荷，减少了采用载荷-应变曲线人工选取分叉点或斜率变化点判定屈曲载荷所引起的人为因素误差，极大地提高了屈曲载荷的准确性。同时，支持系数归一化的处理，有助于更好的衡量夹具对于边界条件的模拟情况，提高了后续数据处理分析的工作效率。

Claims (8)

1.一种轴压夹具端部支持系数测定方法，其特征在于，包括：
选取金属平板假件，其中金属平板假件为夹具端部支持系数测量基准；
利用待测轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持；
用待测轴压夹具对金属平板假件进行加载并记录加载过程中金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P；
根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr；
根据金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr确定试验夹具的端部支持系数C。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对试验夹具的端部支持系数进行归一化得到归一化的端部支持系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，归一化的端部支持系数k为：
Figure FDA0002868225040000011
其中，C为端部支持系数，Cs代表理想简支系数，Cc代表理想固支系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用待测轴压夹具对金属平板假件进行端部夹持，具体为：
使待测轴压夹具的边界支持方式与真实试验一致并且待测轴压夹具加载轴向位于金属平板假件的形心。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr，具体为：
根据金属平板假件中心点面外位移以及对应的加载载荷P确定SouthWell曲线，其中，SouthWell曲线的横坐标为金属平板假件中心点面外位移，纵坐标为金属平板假件中心点面外位移与金属平板假件的加载载荷P之比；
根据SouthWell曲线确定金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr为SouthWell曲线的斜率的倒数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属平板假件中心点面外位移为金属平板假件中点挠度δ。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据金属平板假件临界屈曲载荷值Pcr确定试验夹具的端部支持系数C，具体包括：
根据平板压缩临界屈曲载荷解析表达式
Figure FDA0002868225040000021
确定试验夹具的端部支持系数C。
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