CN113514331A - 一种大载荷双轴压缩加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料复杂载荷测试领域，具体涉及一种大载荷双轴压缩加载装置，包括横向加载模块、纵向加载模块和测量模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件横向一侧的第一横向加载器和用以顶紧双轴试件横向另一侧的第二横向加载器，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件纵向一侧的第一纵向加载器和用以顶紧双轴试件纵向另一侧的第二纵向加载器，所述测量模块包括设置于第一横向加载器的输出轴与双轴试件之间的第一力传感器和设置于第一纵向加载器的输出轴与双轴试件之间的第二力传感器。本发明通过四台加载器同步加载，能够实现大载荷压缩和任意载荷比加载。

Description

一种大载荷双轴压缩加载装置
技术领域
本发明属于复合材料复杂载荷测试领域，具体涉及一种大载荷双轴压缩加载装置。
背景技术
在实际工程应用中，复合材料结构大多处于复杂应力状态，与单轴加载条件相比，此时材料损伤与失效机制更为复杂，强度、模量等性能指标也必然会与单轴应力状态显著不同。随着复合材料结构设计要求的进一步提高，传统单轴载荷试验测试已难以提供更加准确的性能数据。
目前的双轴压缩技术有一定的成果，但存在三方面问题：第一，装置不能用于大载荷压缩试验，复合材料应用越来越广泛，在于其强度高，密度小，因此基于实际工程，测试复合材料强度所用载荷需要很大；第二，装置不能以任意载荷比精准加载；第三，试验过程中容易出现对中问题。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种大载荷双轴压缩加载装置技术方案。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于包括
横向加载模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件横向一侧的第一横向加载器和用以顶紧双轴试件横向另一侧的第二横向加载器；
纵向加载模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件纵向一侧的第一纵向加载器和用以顶紧双轴试件纵向另一侧的第二纵向加载器；以及
测量模块，所述测量模块包括设置于第一横向加载器的输出轴与双轴试件之间的第一力传感器和设置于第一纵向加载器的输出轴与双轴试件之间的第二力传感器。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述测量模块还包括用以测量第一力传感器位移的第一位移传感器和用以测量第二力传感器位移的第二位移传感器。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述横向加载模块还包括设置于双轴试件与第二横向加载器的输出轴之间的第一对中组件，所述第一对中组件包括用以与双轴试件配合连接的对中部件一和用以与第二横向加载器配合连接的对中部件二，所述对中部件一和对中部件二其中一者设置第一定位球头，另一者设置用以与第一定位球头转动嵌合的第一球形凹槽。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述纵向加载模块还包括设置于双轴试件与第二纵向加载器的输出轴之间的第二对中组件，所述第二对中组件包括用以与双轴试件配合连接的对中部件三和用以与第二纵向加载器配合连接的对中部件四，所述对中部件三和对中部件四其中一者设置第二定位球头，另一者设置用以与第二定位球头转动嵌合的第二球形凹槽。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述测量模块还包括用以测量第一对中组件位移的第三位移传感器和用以测量第二力传感器位移的第四位移传感器。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述第一力传感器的底部设置用以支撑第一力传感器的第一支撑架；所述第二力传感器的底部设置用以支撑第二力传感器的第二支撑架；所述第一对中组件的底部设置用以支撑第一对中组件的第三支撑架；所述第二对中组件的底部设置用以支撑第二对中组件的第四支撑架；所述双轴试件的底部设置用以支撑双轴试件的第五支撑架；所述第一横向加载器的底部设置用以支撑第一横向加载器的第六支撑架；所述第二横向加载器的底部设置用以支撑第二横向加载器的第七支撑架；所述第一纵向加载器的底部设置用以支撑第一纵向加载器的第八支撑架；所述第二纵向加载器的底部设置用以支撑第二纵向加载器的第九支撑架。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述第五支撑架为升降机。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述横向加载模块还包括用以与第一横向加载器配合连接的第一横向反力架、用以与第二横向加载器配合连接的第二横向反力架及配合连接于第一横向反力架与第二横向反力架之间的横向连接梁。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述纵向加载模块还包括用以与第一纵向加载器配合连接的第一纵向反力架、用以与第二纵向加载器配合连接的第二纵向反力架及配合连接于第一纵向反力架与第二纵向反力架之间的纵向连接梁。
所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述第一横向加载器、第二横向加载器、第一纵向加载器和第二纵向加载器为加载油缸。
本发明的优点在于：
第一，本发明通过四台加载器同步加载，在硬件上有极大的改进，能够实现大载荷压缩；
第二，本发明能够实现任意载荷比加载；
第三，双轴压缩中对中是极大的难题，本发明通过对中组件中定位球头和球形凹槽的设计能够实现自主调节对中，并通过千分表配合监测加载过程中的位移，最终实现精准对中。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中横向加载模块结构示意图；
图3为本发明中纵向加载模块结构示意图；
图4为本发明中第一对中组件结构示意图；
图5为本发明中第二对中组件结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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发明和简化描述，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发明的限制。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，一种大载荷双轴压缩加载装置，包括
横向加载模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件1横向一侧的第一横向加载器2和用以顶紧双轴试件1横向另一侧的第二横向加载器3；
纵向加载模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件1纵向一侧的第一纵向加载器4和用以顶紧双轴试件1纵向另一侧的第二纵向加载器5；以及
测量模块，所述测量模块包括设置于第一横向加载器2的输出轴与双轴试件1之间的第一力传感器6和设置于第一纵向加载器4的输出轴与双轴试件1之间的第二力传感器7。
作为优化：所述横向加载模块还包括设置于双轴试件1与第二横向加载器3的输出轴之间的第一对中组件，所述第一对中组件包括用以与双轴试件1相抵接的对中部件一8和用以与第二横向加载器3的输出轴固定连接的对中部件二9，所述对中部件一8和对中部件二9其中一者设置第一定位球头10，另一者设置用以与第一定位球头10转动嵌合的第一球形凹槽11，优选地，所述第一定位球头10设置于对中部件二9上，所述第一球形凹槽11设置于对中部件一8上。
作为优化：所述纵向加载模块还包括设置于双轴试件1与第二纵向加载器5的输出轴之间的第二对中组件，所述第二对中组件包括用以与双轴试件1相抵接的对中部件三13和用以与第二纵向加载器5配合连接的对中部件四12，其中，所述对中部件四12通过设置的对中部件五31与第二纵向加载器5固定连接，所述对中部件三13和对中部件四12其中一者设置第二定位球头14，另一者设置用以与第二定位球头14转动嵌合的第二球形凹槽15，优选地，第二定位球头14设置于对中部件三13上，所述第二球形凹槽15设置于对中部件四12上。
进一步地，所述测量模块还包括用以测量第一力传感器6位移的第一位移传感器、用以测量第二力传感器7位移的第二位移传感器、用以测量第一对中组件位移的第三位移传感器和用以测量第二力传感器位移的第四位移传感器。所述四个位移传感器优选为千分表，使用时将千分表连接在对应结构上即可，千分表记录对应结构的位移，并将位移数据实时反馈给控制系统，实现实时监测。
进一步地，所述第一力传感器6的底部设置用以支撑第一力传感器6的第一支撑架16；所述第二力传感器7的底部设置用以支撑第二力传感器7的第二支撑架17；所述第一对中组件的底部设置用以支撑第一对中组件的第三支撑架18；所述第二对中组件的底部设置用以支撑第二对中组件的第四支撑架19；所述双轴试件1的底部设置用以支撑双轴试件1的第五支撑架20；所述第一横向加载器2的底部设置用以支撑第一横向加载器2的第六支撑架21；所述第二横向加载器3的底部设置用以支撑第二横向加载器3的第七支撑架22；所述第一纵向加载器4的底部设置用以支撑第一纵向加载器4的第八支撑架23；所述第二纵向加载器5的底部设置用以支撑第二纵向加载器5的第九支撑架24。其中，所述第五支撑架20优选为升降机。其余支撑架也可根据需要设置为高度可调的结构。所述第一支撑架16、第二支撑架17、第三支撑架18和第四支撑架19优选为支撑小车，可以自由移动。
在上述结构的基础上，所述横向加载模块还包括用以与第一横向加载器2配合连接的第一横向反力架25、用以与第二横向加载器3配合连接的第二横向反力架26及配合连接于第一横向反力架25与第二横向反力架26之间的横向连接梁27，所述横向连接梁27的存在使得整体结构能够承受大载荷；所述纵向加载模块还包括用以与第一纵向加载器4配合连接的第一纵向反力架28、用以与第二纵向加载器5配合连接的第二纵向反力架29及配合连接于第一纵向反力架28与第二纵向反力架29之间的纵向连接梁30，所述纵向连接梁30的存在使得整体结构能够承受大载荷。
在上述结构的基础上，所述所述第一横向加载器2、第二横向加载器3、第一纵向加载器4和第二纵向加载器5均为加载油缸，加载油缸也被称为千斤顶，通过配备比例阀来调整载荷大小。
在上述结构中，本发明通过软件开发出四轴同步加载的控制系统，能够实现横向和纵向两轴以任意载荷比分级加载，横向最大载荷为500T，纵向最大载荷为200T。横向和纵向都有对中组件，通过对中组件的调节，可以在加载过程中极大改善偏轴心的情况。所述升降机用来放置双轴试件1，可以自由调节高度。本发明配备四根千分表，来监测加载过程中位移变化，如果有偏移过大，除对中组件自动调节外，控制系统中有微调功能，比如说，千分表探测到对应结构朝一侧偏移，那么控制系统就加大该侧对应加载器的载荷，使两侧载荷平衡。
本发明设置了第一对中组件和第二对中组件，使得横向和纵向两轴在加载过程中始终保持与双轴试件1对中。定位球头固定在加载器输出轴上，而球形凹槽不固定，通过夹紧力与定位球头接触配合，另一端与双轴试件1接触，即球形凹槽可以自由转动。球形凹槽与双轴试件1始终平面接触，所以当有角度偏差时，可以通过与定位球头的旋转配合，保证加载器与双轴试件1中心在一条直线上，避免由于不对中所引起压缩试验中出现弯矩。
本发明的加载步骤：
步骤一：将双轴试件1所需监测的重点部位贴好应变片，应变片连接应变仪；
步骤二：将双轴试件1放在升降机上，调整高度至轴心高度；
步骤三：通过控制系统将四个加载器贴近双轴试件1的四端，实现预加载，观察力传感器示数，载荷达到100kN以上可认为已实现预加载；
步骤四：将四台千分表分别连接在预定位置上；
步骤五：此时在控制系统中设置分级加载载荷表，可以设置任意载荷比，以实现同步加载。
步骤六：开始同步加载，应变仪和力传感器记录数据，同时观察千分表数值，若发现位移偏移过大，可以通过控制系统的微调功能实现反向微动，逐步回到中心位置。
本发明的优点在于：
第一，本发明通过四台加载器同步加载，在硬件上有极大的改进，能够实现大载荷压缩；
第二，本发明能够实现任意载荷比加载；
第三，双轴压缩中对中是极大的难题，本发明通过对中组件中定位球头和球形凹槽的设计能够实现自主调节对中，并通过千分表配合监测加载过程中的位移，最终实现精准对中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于包括
横向加载模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件(1)横向一侧的第一横向加载器(2)和用以顶紧双轴试件(1)横向另一侧的第二横向加载器(3)；
纵向加载模块，所述横向加载模块包括用以顶紧双轴试件(1)纵向一侧的第一纵向加载器(4)和用以顶紧双轴试件(1)纵向另一侧的第二纵向加载器(5)；以及
测量模块，所述测量模块包括设置于第一横向加载器(2)的输出轴与双轴试件(1)之间的第一力传感器(6)和设置于第一纵向加载器(4)的输出轴与双轴试件(1)之间的第二力传感器(7)。
2.根据权利要求1所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述测量模块还包括用以测量第一力传感器(6)位移的第一位移传感器和用以测量第二力传感器(7)位移的第二位移传感器。
3.根据权利要求1所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述横向加载模块还包括设置于双轴试件(1)与第二横向加载器(3)的输出轴之间的第一对中组件，所述第一对中组件包括用以与双轴试件(1)配合连接的对中部件一(8)和用以与第二横向加载器(3)配合连接的对中部件二(9)，所述对中部件一(8)和对中部件二(9)其中一者设置第一定位球头(10)，另一者设置用以与第一定位球头(10)转动嵌合的第一球形凹槽(11)。
4.根据权利要求3所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述纵向加载模块还包括设置于双轴试件(1)与第二纵向加载器(5)的输出轴之间的第二对中组件，所述第二对中组件包括用以与双轴试件(1)配合连接的对中部件三(13)和用以与第二纵向加载器(5)配合连接的对中部件四(12)，所述对中部件三(13)和对中部件四(12)其中一者设置第二定位球头(14)，另一者设置用以与第二定位球头(14)转动嵌合的第二球形凹槽(15)。
5.根据权利要求4所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述测量模块还包括用以测量第一对中组件位移的第三位移传感器和用以测量第二力传感器位移的第四位移传感器。
6.根据权利要求4所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述第一力传感器(6)的底部设置用以支撑第一力传感器(6)的第一支撑架(16)；所述第二力传感器(7)的底部设置用以支撑第二力传感器(7)的第二支撑架(17)；所述第一对中组件的底部设置用以支撑第一对中组件的第三支撑架(18)；所述第二对中组件的底部设置用以支撑第二对中组件的第四支撑架(19)；所述双轴试件(1)的底部设置用以支撑双轴试件(1)的第五支撑架(20)；所述第一横向加载器(2)的底部设置用以支撑第一横向加载器(2)的第六支撑架(21)；所述第二横向加载器(3)的底部设置用以支撑第二横向加载器(3)的第七支撑架(22)；所述第一纵向加载器(4)的底部设置用以支撑第一纵向加载器(4)的第八支撑架(23)；所述第二纵向加载器(5)的底部设置用以支撑第二纵向加载器(5)的第九支撑架(24)。
7.根据权利要求6所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述第五支撑架(20)为升降机。
8.根据权利要求1-7中任一所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述横向加载模块还包括用以与第一横向加载器(2)配合连接的第一横向反力架(25)、用以与第二横向加载器(3)配合连接的第二横向反力架(26)及配合连接于第一横向反力架(25)与第二横向反力架(26)之间的横向连接梁(27)。
9.根据权利要求1-7中任一所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述纵向加载模块还包括用以与第一纵向加载器(4)配合连接的第一纵向反力架(28)、用以与第二纵向加载器(5)配合连接的第二纵向反力架(29)及配合连接于第一纵向反力架(28)与第二纵向反力架(29)之间的纵向连接梁(30)。
10.根据权利要求1-7中任一所述的一种大载荷双轴压缩加载装置，其特征在于所述第一横向加载器(2)、第二横向加载器(3)、第一纵向加载器(4)和第二纵向加载器(5)为加载油缸。
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