CN113460332B - 一种吸能结构动态压缩试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于结构力学实验技术领域，特别涉及一种吸能结构动态压缩试验装置。包括：加载模块、加载链刚度加强模块以及试验件夹持模块。将试验件下部夹具设计为树脂浇筑而成，并配有金属外壳。通过设计不同的试验件上部夹具，可实现自由边界、固支边界等多种边界条件。该设计可以不需要对加载模块的压头和底座进行更改，降低了试验的难度。通过设计试验件底座限位块，实现试验件与加载模块的固定，同时试验件位置可以灵活调节，可实现试验件对中的作用，试验件底座限位块与底座通过螺栓连接，试验件拆卸方便，试验效率高。本申请可满足吸能结构不同边界条件、加载模式及压缩进程的压缩吸能测试，试验可操作性强，效率高。

Description

一种吸能结构动态压缩试验装置

技术领域

本申请属于结构力学实验技术领域，特别涉及一种吸能结构动态压缩试验装置。

背景技术

飞机结构的耐撞性是其结构安全性设计的重要方面。结构在发生碰撞时，主要依靠吸能结构受压缩后的塑性变形(金属材料)或断裂(复合材料)等破坏模式来吸收碰撞时的大部分冲击能量，降低传递到乘员的过载，从而有效保护乘员安全。常见的吸能结构主要包括圆管状、方管、帽型、C型、波纹状等的金属或复合材料薄壁结构。吸能结构的吸能特性易受加载的边界条件及加载模式的影响。通过合理的设计，可大大提高吸能结构的吸能效果。因此需要进行吸能结构的压缩试验，获得其在不同边界条件及加载模式下的失效与损伤破坏形式及吸能特性，为飞机结构中缓冲吸能结构的设计与优化提供依据。

目前国内外对吸能结构吸能特性的试验研究，主要集中在吸能结构的轴向压缩，较少考虑吸能结构的不同边界条件和复合加载模式下的吸能。现有的吸能结构轴向压缩试验通常将试验件直接放置在试验机加载台面上，或利用夹持装置将试验件夹紧固定于试验机台面，再利用试验机压头直接加载。该试验方法，使得试验件在加载过程不够稳定，同时压头下压过程中可能出现失稳而对试验件造成侧向力，并且不同的边界条件和多角度的复合加载模式无法实现。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种吸能结构动态压缩试验装置，以解决现有的吸能结构压缩试验中试验件固定不牢固，边界条件单一，无法进行多角度复合加载的问题。

本申请的技术方案是：

一种吸能结构动态压缩试验装置，包括：

加载模块，所述加载模块包括液压控制系统、加载平台、加载立柱、加载横梁、压头、底座以及力传感器，其中，

所述加载立柱安装在所述加载平台上；

所述加载横梁安装在所述加载立柱上；

所述液压控制系统设置在所述加载横梁的上端；

所述压头安装在所述加载横梁的下端，且所述压头与所述液压控制系统连接；

所述力传感器安装在所述加载平台上；

所述底座安装在所述力传感器上，且所述底座与所述压头的位置相互对应；

试验件夹持模块，所述试验件夹持模块包括试验件上部夹具、试验件、试验件下部夹具以及试验件底座限位块，其中，

所述试验件下部夹具设置在所述底座上，所述试验件下部夹具上开设有下安装槽；

所述试验件底座限位块设置有用于卡接所述试验件下部夹具的卡槽，所述试验件底座限位块通过螺栓固定在所述底座上，从而将所述试验件下部夹具固定安装在所述底座上；

所述试验件的下端设置在所述试验件下部夹具的下安装槽中；

所述试验件上部夹具上开设有上安装槽，所述试验件上部夹具通过所述上安装槽安装在所述试验件的上端。

可选地，还包括加载链刚度加强模块，所述加载链刚度加强模块包括多个加强块体，所述加强块体的下端通过螺栓固定在所述加载平台上，上端与所述压头的侧面紧贴。

可选地，所述加载链刚度加强模块包括四个加强块体，四个所述加强块体分别设置在所述压头的周侧。

可选地，所述试验件下部夹具以及所述试验件上部夹具均包括金属外壳以及树脂，所述树脂通过浇筑的方式填充在所述金属外壳中。

可选地，

所述试验件下部夹具的金属外壳中的树脂浇筑后，所述下安装槽的底面与所述加载平台平面平行；

所述试验件上部夹具的金属外壳中的树脂浇筑后，所述上安装槽的底面与所述加载平台平面平行。

可选地，

所述试验件下部夹具的金属外壳中的树脂浇筑后，所述下安装槽的底面与所述加载平台平面之间呈预定角度；

所述试验件上部夹具的金属外壳中的树脂浇筑后，所述上安装槽的底面与所述加载平台平面之间呈预定角度。

可选地，所述试验件底座限位块上开设的长条孔，用于通过螺栓与所述底座连接。

可选地，在试验中，通过调节所述加载横梁高度，来满足不同压缩进程的压缩加载，所述加载横梁的调节距离d为：

d＝d1-(d3-d2)

其中，d1为试验目标压缩进程，d2为压头下表面与试验件上表面的距离，d3为压头向下运动的极限距离；

向下调节为正，向上调节为负。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的吸能结构动态压缩试验装置，可满足吸能结构不同边界条件、加载模式及压缩进程的压缩吸能测试，试验可操作性强，效率高。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的吸能结构动态压缩试验装置整体示意图；

图2是本申请一个实施方式的吸能结构动态压缩试验装置的试验件夹持模块示意图；

图3是本申请一个实施方式的夹持方式示意图；

图4是本申请第二个实施方式的夹持方式示意图；

图5是本申请第三个实施方式的夹持方式示意图。

其中：

1-加载模块；10-液压控制系统；11-加载横梁；12-压头；13-底座；14-力传感器；2-加载链刚度加强模块；3-试验件夹持模块；30-试验件上部夹具；31-试验件；32-试验件下部夹具；33-试验件底座限位块；34-螺栓；35-树脂；36-金属外壳。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图5对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种吸能结构动态压缩试验装置，包括：加载模块1、加载链刚度加强模块2以及试验件夹持模块3。

具体的，如图1所示，加载模块1包括液压控制系统10、加载平台、加载立柱、加载横梁11、压头12、底座13以及力传感器14，其中，加载立柱安装在加载平台上；加载横梁11安装在加载立柱上；液压控制系统10设置在加载横梁11的上端；压头12安装在加载横梁11的下端，且压头12与液压控制系统10连接，通过液压控制系统10控制压头12实施对试验件的31的加载；力传感器14安装在加载平台上；底座13安装在力传感器14上，且底座13与压头12的位置相互对应。

如图2所示，试验件夹持模块3包括试验件上部夹具30、试验件31、试验件下部夹具32以及试验件底座限位块33，其中，试验件下部夹具32设置在底座13上，试验件下部夹具32上开设有下安装槽；试验件底座限位块33设置有用于卡接试验件下部夹具32的卡槽，试验件底座限位块33通过螺栓34固定在底座13上，从而将试验件下部夹具32固定安装在底座13上；试验件31的下端设置在试验件下部夹具32的下安装槽中；试验件上部夹具30上开设有上安装槽，试验件上部夹具30通过上安装槽安装在试验件31的上端。

有利的是，本实施例中，试验件下部夹具32以及试验件上部夹具30均包括金属外壳36以及树脂35，树脂35通过浇筑的方式填充在金属外壳36中。通过上述特殊设计的试验件夹持模块3，可实现吸能结构不同边界条件以及不同加载角度的复合加载。

在本申请的一个实施方式中，如图3所示，在试验时，只采用试验件下部夹具32对试验件31进行夹持，即可实现试验件31上部自由边界条件的模拟。

在本申请的第二个实施方式中，如图4所示，在试验时，同时采用试验件下部夹具32以及试验件上部夹具30对试验件31进行夹持，即可实现试验件31上部固支的边界条件的模拟。

在本实施例中，试验件下部夹具32以及试验件上部夹具30采用以下形式：试验件下部夹具32的金属外壳36中的树脂35浇筑后，下安装槽的底面与加载平台平面平行；试验件上部夹具30的金属外壳36中的树脂35浇筑后，上安装槽的底面与加载平台平面平行。

在本申请的第三个实施方式中，如图5所示，在试验时，同时采用试验件下部夹具32以及试验件上部夹具30对试验件31进行夹持。本实施例中，试验件下部夹具32以及试验件上部夹具30采用以下形式：试验件下部夹具32的金属外壳36中的树脂35浇筑后，下安装槽的底面与加载平台平面之间呈预定角度；试验件上部夹具30的金属外壳36中的树脂35浇筑后，上安装槽的底面与加载平台平面之间呈预定角度。通过改变试验件31在树脂35中的角度，可以实现吸能结构不同角度的复合加载。

在本申请的优选实施例中，试验件底座限位块33设计有较长的卡槽，可对试验件31的位置进行灵活调节，实现试验件31对中的作用。有利的是，本实施例中，试验件底座限位块33上开设的长条孔，用于通过螺栓34与底座13连接，从而利于对试验件31位置进行调整。

为防止加载模块1的压头12在加载过程中发生失稳而对试验件31产生不必要的侧向力，本申请的吸能结构动态压缩试验装置设计了加载链刚度加强模块2。加载链刚度加强模块2包括多个加强块体，加强块体的下端通过螺栓固定在加载平台上，上端与压头12的侧面紧贴。有利的是，本实施例中，加载链刚度加强模块2包括四个加强块体，四个加强块体分别设置在压头12的周侧，将加载压头12包围起来，可在加载过程中给压头12周围稳定的支持力。

本申请的吸能结构动态压缩试验装置，试验中还可以通过调节加载模块1加载横梁11的高度，满足不同压缩进程的压缩加载。其中，加载横梁11的调节距离d为：

d＝d1-(d3-d2)

其中，d1为试验目标压缩进程，d2为压头下表面与试验件上表面的距离，d3为压头向下运动的极限距离；

向下调节为正，向上调节为负。

本申请的吸能结构动态压缩试验装置，将试验件下部夹具32设计为树脂35浇筑而成，并配有金属外壳36。树脂35浇筑较为灵活，不受试验件31外形的限制，可与试验件31底部紧密贴合；可将试验件31旋转一定角度，实现试验件31的复合加载；树脂35底座带有金属外壳36，便于树脂35浇筑，并且可增加底座刚度。通过设计不同的试验件上部夹具30，可实现自由边界、固支边界等多种边界条件，使得试验件31的承载更接近其在结构中的实际受载情况。该设计可以不需要对加载模块1的压头12和底座13进行更改，降低了试验的难度。通过设计试验件底座限位块33，实现试验件31与加载模块的固定，同时试验件31位置可以灵活调节，可实现试验件31对中的作用，试验件底座限位块33与底座13通过螺栓连接，试验件31拆卸方便，试验效率高。

本申请的吸能结构动态压缩试验装置，可满足吸能结构不同边界条件、加载模式及压缩进程的压缩吸能测试，试验可操作性强，效率高。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种吸能结构动态压缩试验装置，其特征在于，包括：

加载模块（1），所述加载模块（1）包括液压控制系统（10）、加载平台、加载立柱、加载横梁（11）、压头（12）、底座（13）以及力传感器（14），其中，

所述加载立柱安装在所述加载平台上；

所述加载横梁（11）安装在所述加载立柱上；

所述液压控制系统（10）设置在所述加载横梁（11）的上端；

所述压头（12）安装在所述加载横梁（11）的下端，且所述压头（12）与所述液压控制系统（10）连接；

所述力传感器（14）安装在所述加载平台上；

所述底座（13）安装在所述力传感器（14）上，且所述底座（13）与所述压头（12）的位置相互对应；

试验件夹持模块（3），所述试验件夹持模块（3）包括试验件上部夹具（30）、试验件（31）、试验件下部夹具（32）以及试验件底座限位块（33），其中，

所述试验件下部夹具（32）设置在所述底座（13）上，所述试验件下部夹具（32）上开设有下安装槽；

所述试验件底座限位块（33）设置有用于卡接所述试验件下部夹具（32）的卡槽，所述试验件底座限位块（33）通过螺栓（34）固定在所述底座（13）上，从而将所述试验件下部夹具（32）固定安装在所述底座（13）上；

所述试验件（31）的下端设置在所述试验件下部夹具（32）的下安装槽中；

所述试验件上部夹具（30）上开设有上安装槽，所述试验件上部夹具（30）通过所述上安装槽安装在所述试验件（31）的上端；

还包括加载链刚度加强模块（2），所述加载链刚度加强模块（2）包括多个加强块体，所述加强块体的下端通过螺栓固定在所述加载平台上，上端与所述压头（12）的侧面紧贴；

所述试验件下部夹具（32）以及所述试验件上部夹具（30）均包括金属外壳（36）以及树脂（35），所述树脂（35）通过浇筑的方式填充在所述金属外壳（36）中；

所述试验件下部夹具（32）的金属外壳（36）中的树脂（35）浇筑后，所述下安装槽的底面与所述加载平台平面平行；

所述试验件上部夹具（30）的金属外壳（36）中的树脂（35）浇筑后，所述上安装槽的底面与所述加载平台平面平行；或，

所述试验件下部夹具（32）的金属外壳（36）中的树脂（35）浇筑后，所述下安装槽的底面与所述加载平台平面之间呈预定角度；

所述试验件上部夹具（30）的金属外壳（36）中的树脂（35）浇筑后，所述上安装槽的底面与所述加载平台平面之间呈预定角度。

2.根据权利要求1所述的吸能结构动态压缩试验装置，其特征在于，所述加载链刚度加强模块（2）包括四个加强块体，四个所述加强块体分别设置在所述压头（12）的周侧。

3.根据权利要求1所述的吸能结构动态压缩试验装置，其特征在于，所述试验件底座限位块（33）上开设的长条孔，用于通过螺栓（34）与所述底座（13）连接。

4.根据权利要求1所述的吸能结构动态压缩试验装置，其特征在于，在试验中，通过调节所述加载横梁（11）高度，来满足不同压缩进程的压缩加载，所述加载横梁（11）的调节距离d为：

d=d1-（d3-d2）

其中，d1为试验目标压缩进程，d2为压头下表面与试验件上表面的距离，d3为压头向下运动的极限距离；

向下调节为正，向上调节为负。