CN112834155B - 一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座及方法 - Google Patents

一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座及方法，本发明通过控制磁悬浮控制系统的功率，使永磁体带动试件固定件中的试件悬浮起一定距离，不与底面接触，减轻了基础装置对冲击荷载的影响，消除了刚性支座或地面对震动冲击荷载的反馈影响，同时避免了构件的二次撞击。通过该装置可测得冲击荷载的对试件影响，进而对构件进行分析，填补了落锤冲击试验在此方面研究的空白，更符合实际工程概况。

Description

一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座及方法
技术领域
本发明属于撞击试验装置领域，具体涉及一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座及方法。
背景技术
建筑物在使用过程中除了要承受静荷载外，还要承受动荷载。其中冲击荷载影响尤为重要，通常采用落锤冲击试验装置进行结构构件冲击荷载试验。现有用于冲击试验的装置，基本都存在二次撞击的问题，二次撞击震动冲击荷载的反馈更是会对试验数据的采集产生严重的影响，现有装置在改进二次撞击问题上，大多设置保护装置，很少有从支座方面进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座及方法，避免了刚性支座或地面对震动冲击荷载的反馈影响，使得试验结果更加准确。
为了达到上述目的，一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，包括底座，底座上固定有电磁体，电磁体上设置有永磁体，永磁体上固定有用于固定试件的试件固定件，试件固定件旁设置有用于监控试件位置的位置传感器，位置传感器连接传感器数据采集仪，传感器数据采集仪连接上位机，电磁体连接磁悬浮控制系统，磁悬浮控制系统连接上位机；
上位机用于接收传感器数据采集仪发送的数据，以及控制磁悬浮控制系统的功率。
试件固定件包括固定在永磁体上的支撑座，支撑座上开设有用于放置试件的沟槽，底座上方设置有盖板，盖板的内部型线与试件，支撑座与盖板间通过螺杆固定，盖板与支撑座共同组成用于放置试件的空腔。
空腔为球形或长方体形。
试件固定件顶部设置有保护装置。
保护装置包括保护钢架，保护钢架内设置有保护钢网，保护钢网中开设有能够使锤头穿过，并防止质量穿过的贯穿孔。
底座为矩形壳体，电磁体和永磁体均置于壳体内。
壳体顶部设置有用于防止永磁体高于壳体的限位挡板。
底座采用绝缘底座。
一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，将试件固定在试件固定件内；
步骤二，通过磁悬浮控制系统逐渐加强电磁体的磁力，根据同名磁极相互排斥，使得永磁体升起，离开接触面，通过位置传感器和数据采集仪控制升起距离以及调节试件位置；
步骤三，施加冲击载荷；
步骤四，锤头撞击试件的同时，数据传感器采集仪测得数据，反馈到磁悬浮控制系统，瞬间使电磁体的磁力降到最低，使试件下落；
步骤五，完成一次冲击后，试验人员观察试件的表面，记录不同冲击荷载情况下出现的不同试验现象，并对试验中的位置传感器和传感器数据采集仪的数据进行整理，得出冲击荷载对试件的各种反应情况，同时观察试件破坏现象；
步骤六，试验结束，恢复至试验前状态。
步骤四中，试件下落后，落锤落在保护装置中的保护钢网上。
与现有技术相比，本发明通过控制磁悬浮控制系统的功率，使永磁体带动试件固定件中的试件悬浮起一定距离，不与底面接触，减轻了基础装置对冲击荷载的影响，消除了刚性支座或地面对震动冲击荷载的反馈影响，同时避免了构件的二次撞击。通过该装置可测得冲击荷载的对试件影响，进而对构件进行分析，填补了落锤冲击试验在此方面研究的空白，更符合实际工程概况。
进一步的，本发明的试件固定件能够采用多种形状，使本发明能够适用于不同规格大小的试件，提高了试验精度。
进一步的，本发明的试件固定件顶部设置有保护装置，能够避免落锤的二次撞击。
进一步的，本发明设置有限位挡板，能够对永磁体上浮位置进行限位，防止永磁体高度超出位置传感器的测量范围，提高试验精度。
本发明的试验方法通过磁悬浮控制系统逐渐加强电磁体的磁力，根据同名磁极相互排斥，使得永磁体升起，离开接触面，通过位置传感器和数据采集仪控制升起距离以及调节试件位置，锤头撞击试件的同时，数据传感器采集仪测得数据，反馈到磁悬浮控制系统，瞬间使电磁体的磁力降到最低，使试件下落；本方法使永磁体带动试件固定件中的试件悬浮起一定距离，不与底面接触，减轻了基础装置对冲击荷载的影响，消除了刚性支座或地面对震动冲击荷载的反馈影响，同时避免了构件的二次撞击。
附图说明
图1为本发明采用立方体试件的剖面结构图；
图2为本发明采用球形试件的剖面结构图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明中保护装置的结构示意图；
其中，1、盖板；2、试件；3、螺杆；4、永磁体；5、电磁体；6、底座；7、磁悬浮控制系统；8、传感器数据采集仪；9、位置传感器；10、保护装置；11、锤头；12、落锤；13、试件固定件；14、底座；15、限位挡板；10-a、保护钢架；10-b保护钢网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1、图2和图3，本发明包括底座6，底座6上固定有电磁体5，电磁体5上设置有永磁体4，永磁体4上固定有用于固定试件2的试件固定件13，试件固定件13旁设置有用于监控试件2位置的位置传感器9，位置传感器9连接传感器数据采集仪8，传感器数据采集仪8连接上位机，电磁体5连接磁悬浮控制系统7，磁悬浮控制系统7连接上位机，试件固定件13顶部设置有保护装置10，底座6为矩形壳体，电磁体5和永磁体4均置于壳体内，壳体顶部设置有用于防止永磁体4高于壳体的限位挡板15；上位机用于接收传感器数据采集仪8发送的数据，以及控制磁悬浮控制系统7的功率。
试件固定件13包括固定在永磁体4上的支撑座14，支撑座14上开设有用于放置试件2的沟槽，底座上方设置有盖板1，盖板1的内部型线与试件2，支撑座14与盖板1间通过螺杆3固定，盖板1与支撑座14共同组成用于放置试件2的空腔，空腔为球形或长方体形。底座6采用绝缘底座。
参见图4，保护装置10包括保护钢架10-a，保护钢架10-a内设置有保护钢网10-b，保护钢网10-b中开设有能够使锤头11穿过，并防止质量穿过的贯穿孔。
实施例：
本发明的工作过程如下所示：
步骤一，确定试件2安装位置，检查试件固定件13能否正常运行，将试件2置于支撑座14上，盖板1放在试件2上面，用螺杆3和螺栓将试件固定在试件固定件13内；
步骤二，通过磁悬浮控制系统7逐渐加强电磁体5的磁力，根据同名磁极相互排斥，使得永磁体4缓慢升起，离开接触面，通过位置传感器9和数据采集仪8控制升起距离以及调节试件位置；
若因为某种原因，悬浮体在平衡位置处出现了微小的扰动，偏离了平衡位置。此时，由位置传感器9检测出悬浮体偏离的位移大小，并将该数据通过上位机中控制器的微处理器转换为控制信号，再通过功率放大器将该控制信号转换为控制电流，根据位移的方向和大小确定控制磁悬浮控制系统7的电流大小，经过多次迭代微调，从而迫使试件2返回既定位置；
步骤三，施加冲击荷载；
步骤四，锤头11撞击试件2的同时，数据传感器采集仪8测得数据，反馈到磁悬浮控制系统7，瞬间使电磁体5的磁力降到最低，试件2下落，落锤12落在保护装置10中的保护钢网10-b上；
步骤五，完成一次冲击后，试验人员观察试件2的表面，记录不同冲击荷载情况下出现的不同试验现象，并对试验中的位置传感器9和传感器数据采集仪8的数据进行整理，得出冲击荷载对试件的各种反应情况，同时观察试件破坏现象；
步骤六，试验结束，恢复至试验前状态。
本发明装置由于尺寸可根据需要调整，故可适用于大多数原型结构构件，避免了构件的缩放，使得试验结果更加准确。

Claims (7)

1.一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，其特征在于，包括底座(6)，底座(6)上固定有电磁体(5)，电磁体(5)上设置有永磁体(4)，永磁体(4)上固定有用于固定试件(2)的试件固定件(13)，试件固定件(13)旁设置有用于监控试件(2)位置的位置传感器(9)，位置传感器(9)连接传感器数据采集仪(8)，传感器数据采集仪(8)连接上位机，电磁体(5)连接磁悬浮控制系统(7)，磁悬浮控制系统(7)连接上位机；
上位机用于接收传感器数据采集仪(8)发送的数据，以及控制磁悬浮控制系统(7)的功率；
试件固定件(13)顶部设置有保护装置(10)；
保护装置(10)包括保护钢架(10-a)，保护钢架(10-a)内设置有保护钢网(10-b)，保护钢网(10-b)中开设有能够使锤头(11)穿过，并防止落锤(12)穿过的贯穿孔；
试验前，通过磁悬浮控制系统(7)逐渐加强电磁体(5)的磁力，根据同名磁极相互排斥，使得永磁体(4)升起，离开接触面；
试验时，锤头(11)撞击试件(2)的同时，数据传感器采集仪(8)测得数据，反馈到磁悬浮控制系统(7)，瞬间使电磁体(5)的磁力降到最低，使试件(2)下落，试件(2)下落后，落锤(12)落在保护装置(10)中的保护钢网(10-b)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，其特征在于，试件固定件(13)包括固定在永磁体(4)上的支撑座(14)，支撑座(14)上开设有用于放置试件(2)的沟槽，底座上方设置有盖板(1)，支撑座(14)与盖板(1)间通过螺杆(3)固定，盖板(1)与支撑座(14)共同组成用于放置试件(2)的空腔。
3.根据权利要求2所述的一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，其特征在于，空腔为球形或长方体形。
4.根据权利要求1所述的一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，其特征在于，底座(6)为矩形壳体，电磁体(5)和永磁体(4)均置于壳体内。
5.根据权利要求4所述的一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，其特征在于，壳体顶部设置有用于防止永磁体(4)高于壳体的限位挡板(15)。
6.根据权利要求1所述的一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座，其特征在于，底座(6)采用绝缘底座。
7.权利要求1所述的一种用于冲击试验防二次撞击的磁悬浮夹持支座的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将试件(2)固定在试件固定件(13)内；
步骤二，通过磁悬浮控制系统(7)逐渐加强电磁体(5)的磁力，根据同名磁极相互排斥，使得永磁体(4)升起，离开接触面，通过位置传感器(9)和数据采集仪(8)控制升起距离以及调节试件(2)位置；
步骤三，施加冲击载荷；
步骤四，锤头(11)撞击试件(2)的同时，数据传感器采集仪(8)测得数据，反馈到磁悬浮控制系统(7)，瞬间使电磁体(5)的磁力降到最低，使试件(2)下落，试件(2)下落后，落锤(12)落在保护装置(10)中的保护钢网(10-b)上；
步骤五，完成一次冲击后，试验人员观察试件(2)的表面，记录不同冲击荷载情况下出现的不同试验现象，并对试验中的位置传感器(9)和传感器数据采集仪(8)的数据进行整理，得出冲击荷载对试件的各种反应情况，同时观察试件破坏现象；
步骤六，试验结束，恢复至试验前状态。
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