CN113984501B - 一种静力加载装置及静力加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静力加载装置及静力加载方法，属于静力试验技术领域，解决了现有技术中筒状件大载荷静力加载耗时费力的问题。本发明的静力加载装置包括多边形的静力加载框、顶杆单元、作动筒。顶杆单元的第一端通过万向调节单元设置有压板。本发明的静力加载方法包括将被测试件固设于静力加载试验区、将静力加载装置通过多个顶杆单元围固在被测试件上、将转接耳固设在顶杆单元的第二端、将固设在固定支撑上的作动筒与转接耳固连、通过动力驱动作动筒；作动筒活塞杆移动给被测试件加载静力。本发明静力加载装置及静力加载方法适用大型复杂筒状件大静力载荷加载，提高了试验室静力试验的可靠性和试验效率，步骤简单，节省时间，节约成本。

Description

一种静力加载装置及静力加载方法

技术领域

本发明涉及静力试验技术领域，尤其涉及一种静力加载装置及静力加载方法。

背景技术

静力试验是产品力学环境试验和可靠性试验的重要组成部分，是试验室验证产品设计是否满足设计要求的一种有效技术手段，也是产品设计和性能评定中的一种科学可靠的方法。随着近年来越来越多的关注产品质量和可靠性指标，能更加准确的在试验室中复现试件在实际使用中的所承受的环境应力越来越重要。

现有技术的静力分析试验中，被测试件通常为圆柱形样件或平面样件，将静力加载到受力圆柱表面或受力平面上，一般采用粘贴帆布片后通过拉拽帆布片进行静力试验。这种方法需粘贴帆布片，凝固时间通常需要5天才可用于试验。该试验方式由于受粘贴面积等条件的限制，不能施加太大的载荷。在圆柱形试件上进行静力试验时，还可以采用包带或钢丝绳施加，此时试件可以承受较大载荷。

随产品形状和用途的不断丰富，试件的形状越来越复杂，比如图1～2所示，被测试件5为非圆截面的筒件，外表面上还设计了附着件。非圆截面的筒体的部分为静力承受面，附着件表面为非受力面。在现有技术中，对类似的非圆截面筒体做静力加载比较困难，再加上还附着有不能承受静力的构建。

当今，非圆截面的使用已成为试件的主流。在针对非圆过渡截面或截面中有不能受力部件进行静力试验时，常规的加载方式已经不再适用了。

如何用简单的方法对复杂试件进行合理的静力加载，以真实、准确的揭示被测试件在前期设计研发当中潜在的缺陷和薄弱环节，对指导试验件后期的设计改进，提高最终产品的可靠性、形成可靠工艺等有重要意义。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种静力加载装置及其静力加载的方法，用以解决复杂截面筒件静力加载困难的问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种静力加载装置，包括静力加载框、顶杆单元、作动筒，静力加载试验区设置有固定支撑；所述静力加载框包括边框；所述边框上连接有所述顶杆单元；所述顶杆单元的第一端与被测试件的表面接触，所述顶杆单元的第二端连接所述作动筒的第一端；所述作动筒的第二端固设在所述固定支撑上。

进一步的，所述边框中部朝向所述被测试件表面的方向设置有顶杆单元螺纹孔。

进一步的，所述顶杆单元包括依此连接的压板、顶杆主杆和转接耳；所述顶杆主杆21为中部带有顶杆螺纹的杆件；所述顶杆单元2通过顶杆螺纹与顶杆单元螺纹孔12的配合，螺接在所述静力加载框1上。

进一步的，所述压板上端面连接所述顶杆主杆第一端；所述压板下端面与所述被测试件所接触的表面赋型。

进一步的，所述顶杆单元的第二端固接所述转接耳；所述转接耳设置有转接耳支耳；所述转接耳支耳设置有上、下2个耳孔。

进一步的，所述作动筒的输出端设置有作动筒活塞杆，所述作动筒活塞杆的端部设置有活塞杆支耳；所述活塞杆支耳上设置有上、下2个耳孔，与转接耳支耳上的耳孔匹配连接，固接所述转接耳23。

一种所述静力加载装置的静力加载方法，包括一下步骤：

S1：将被测试件固定放置在静力加载试验区；

S2：将螺接了多个顶杆单元的静力加载框环绕到被测试件外围；

S3：安装调整作动筒的位置；

S4：启动静力试验，通过动力源带动作动筒的作动筒活塞杆向被测试件方向做位移进给，通过压板使被测试件承受静力。

进一步的，所述S1中，所述固定支撑平行于所述静力加载框中对应的边框；所述压板抵住被测试件表面的受力区域。

进一步的，所述S3中，所述固定支撑上设置安装单元；所述安装单元对作动筒的角度和位置进行调整。

进一步的，在所述被测试件相对的受力区域设置所述顶杆单元，只在一侧加装所述作动筒。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明的静力加载装置可以对非圆过渡截面筒体进行静力加载；

2、本发明的静力加载装置可以对截面中有不能受力部件的大尺寸薄壁件进行静力加载；

3、本发明的静力加载方法可以通过多边形的静力加载装置实现对被测试件多方向的静力加载，且各个方向的加载静力的大小可以调整；

4、本发明的静力加载装置安装方便、操作简单；本发明的静力加载方法通用性强，可以解决大尺寸异形件的静力加载问题。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为现有的第一种被测试件外形示意图；

图2为现有的第二种被测样件外形示意图；

图3为本发明静力加载装置轴侧示意图；

图4为本发明安装1个静力加载框的正视示意图；

图5为本发明1个静力加载框安装过程的轴侧示意图；

图6为本发明1个静力加载装置对被测试件加载静力的正视示意图；

图7为本发明1个静力加载装置对被测试件加载静力的轴侧示意图；

图8为本发明2个静力加载装置对被测试件加载静力的正视示意图；

图9为本发明2个静力加载装置对被测试件加载静力的轴侧示意图；

图10为图8的A-A向剖面示意图；

图11为本发明万向调整单元三维轴侧示意图。

图12本发明万向调整单元处中心平面的轴向剖面示意图。

附图标记：

1.静力加载框；11.边框；12.顶杆单元螺纹孔；2.顶杆单元；21.顶杆主杆；211.顶杆球头；22.压板；221.压板赋型面；222.压板球窝；23.转接耳；24.万向调整单元；241.万向调整瓣体；3.作动筒；31.作动筒活塞杆；4.固定支承；5.被测试件；51.被测试件受力单元；52.被测单元非受力单元。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

下面结合图1、2、7、8、9、10，更具体地描述本发明的技术方案：

如图1～2所示，被测试件5为非圆截面的筒件。非圆截面的筒体部分为被测试件受力单元51。非圆截面筒体外表面上还设计了被测试件非受力单元52；其中，图1筒体外表面设计有4个类半圆柱面，图2为在图1的基础上设计了类半圆柱面上的翼板；这些均为非受力面。在现有技术中，对类似的非圆截面筒体做静力加载比较困难，再加上还附着有被测试件非受力单元52，静力加载的困难就更大。

图7、8、9、10所示为一个针对上述被测试件5进行静力加载的静力加载框1的具体实施例：

静力加载框1为截面是四边形的框体，带有四个边框11，具体为由4根方钢通过多个螺栓连接成的方形框架。边框11是整个静力加载框1的主承力部件。边框11的大小根据试件的大小、受力部位载荷的大小设计。作为边框11的方钢上开多个螺纹孔与通孔，用于组成静力加载框1和连接加载顶杆单元2。原则上静力加载框1的外形不能与被测试件5干涉，且有一定的距离。

更具体的，在边框11两侧设置有孔或螺纹孔，用以通过螺栓连接组成静力加载框1，边框11中间位置指向四边形内部的方向设置有贯通的顶杆单元螺纹孔12，用以与顶杆单元2上的顶杆主杆21上设置的螺纹螺接，固定和调整顶杆单元2。

图7、8、9、10所示为一个针对上述被测试件5进行静力加载的顶杆单元2的具体实施例：

顶杆单元2由顶杆主杆21、压板22和转接耳23组成。

优选的，顶杆主杆21为阶梯轴结构，两端直径小于中部，且在端头设置螺纹，第一端螺接压板22，第二端螺接转接耳23；顶杆主杆21的中部设置有螺纹，用于与静力加载框1可调整地固接。

优选的，压板22上端面设置有与顶杆主杆21的连接结构，下端设置有与被测试件5的接触面赋型的型面结构。

优选的，转接耳23为单支耳结构，带有2个上、下设置的转接耳耳孔。

具体的，一个静力加载框1对应有4套顶杆单元2。顶杆主杆21从静力加载框1的两侧均可穿过顶杆单元螺纹孔12，顶杆主杆21的中部设置的螺纹和顶杆单元螺纹孔12形成螺旋副，将顶杆主杆21紧固在静力加载框1上。之后，顶杆主杆两端在连接压板22和转接耳23。

可选的，本实施例可以通过在调整顶杆主杆21和压板22的结构，并在二者之间设置万向调整单元24，来微调压板22的角度，以便在对被测试件5加载静力后产生微小变形时，能够自动调整压板22角度，使得压板22下面依然与被测试件5的表面赋型。

具体实现的结构如图3～5、11～12所示。

顶杆主杆21的第一端设置有顶杆球头211；顶杆球头211的顶端配合放置在压板22上端面设置的压板球窝222内，并通过万向调整单元24紧固在压板22上端面而限位。其中万向调整单元24为多个具有凹球面的万向调整瓣体241组成，万向调整瓣体241瓣体扣合，形成半个凹球面，与压板球窝222共同环抱顶杆球头211，形成对压板22进行角度调整的角度调整结构。

优选的，万向调整单元24由2个万向调整瓣体241组成，每个万向调整瓣体241用至少2个螺栓紧固在压板22上。

万向调整单元24、顶杆球头211，以及压板22上的压板球窝222的结构，可以微调压板22角度。其目的是解决在试验过程中被测试件5发生变形时，压板22不能够即时完全与被测试件5被测表面贴合的技术问题。

压板22为可更换单元，其内表面为压板赋型面221，与被测试件受力单元51的型面赋形，即为的形状与所接触的被测试件5外表面设计为相同形状，为配做；压板22外表面即为带有压板球窝222的上面，用以固定万向调整单元24。

优选的，当调整静力加载方向(作动筒3输出轴的轴线方向)、顶杆单元2的轴线方向、压板22所抵触的被测试件5的表面法线成一条直线。优选的，压板22与被测试件5具有一定的接触面积，依设计定制，

图7、8、9、10所示为一个针对上述被测试件5进行静力加载的作动筒3的具体实施例：

作动筒3的动力输出端为作动筒活塞杆31。作动筒活塞杆31一端与作动筒3连接，另一端带有活塞杆支耳311。活塞杆支耳311带有双支耳结构，分别带有2个上、下设置的贯通的耳孔，与转接耳23上的2个耳孔匹配，二者各自通过销轴和锥销做轴向定位，且共同将顶杆单元2与作动筒3紧固，并轴线一致。上、下2个销轴的作用是当测试件受压力时，作动筒活塞杆31与顶杆主杆21装置固接，不会因铰接而产生失稳。

作动筒3可调整地固定在静力加载试验区内的固定支撑4上，本具体实施例中，作动筒3可位置调整地固定在承重墙上，以适应不同的被测试件5和静力加载框1。

如图3～12所示，用静力加载装置实现静力加载时，需要针对不同的被测试件5，选用不同大小和结构的静力加载框1，匹配不同表面形状和大小的压板22，选择输出静力不同的作动筒3。本具体实施例整体装置中，压板22(、万向调整单元24)、顶杆主杆21、顶杆单元螺纹孔12的尺寸固定，其它零部件适配被测试件5。

本具体实施例针对图1和2,所示的被测试件5，选用四边形的静力加载框1、近似圆形内表面的压板22(、2个万向调整瓣体241的万向调节单元24)、用液压提供动力的作动筒3进行对被测试件5进行静力加载。

本具体实施例的静力加载的方法具体步骤如下：

S1：将被测试件5固定放置在静力加载试验区：

本具体实施例将筒状体的被测试件5轴向水平放置，并固定在试验台上，露出需要静力加载的部分；

以下步骤加入万向调整单元24的使用方法；

S2：将螺接了多个顶杆单元2的静力加载框1环绕到被测试件5

外围；

将顶杆单元2的顶杆球头211置于压板22的压板球窝222处；连接万向调整单元24，通过万向调整瓣体241将顶杆主杆21铰接固定在压板22上；调整顶杆主杆21在静力加载框1上的位置，使压板22的压板赋型面221抵住被测试件5的被测试件受力单元51，从而将静力加载框1非接触地固连在被测试件5上；

具体的：

首选，选择好匹配的压板22；

其次，将顶杆单元2的第一端从外向内穿过，使得顶杆主杆21的螺纹部分旋进顶杆单元螺纹孔12(也可以从内到外地连接顶杆主杆21)，使得压板22的压板赋型面221接触到被测试件5的可受力表面，并将顶杆球头211放入压板球窝222；

再次，将万向调节单元24的万向调整瓣体241分别固接在压板22上端面；

然后，对称调节顶杆主杆21，使得4个压板22渐次预紧在被测试件1的可受力表面，最后对角线紧固；

最后，在顶杆单元2的第二端连接转接耳23；

具体的，将4个转接耳23分别螺接在4个顶杆单元2的第二端。

S3：安装、调整作动筒3在静力加载试验区固定支撑4上的位置：

本具体实施例以试验室墙体作为固定支撑4，如图6所示(此处省略了作为固定支撑4的墙体上安装的对作动筒3的位置和角度进行调整的结构单元)的房梁和侧壁上分别安装一个作动筒3，共计2个。理由是：

当作动筒3接到对被测试件5施加压力的第1指令，作动筒活塞杆31会向被测试件5的方向产生运动趋势，此时所要加载的静力从作动筒活塞杆31传递到顶杆单元2，并通过压板22的赋型面传递到被测试件5的被测试件受力单元51。

具体的，当作动筒活塞杆31向被测试件5方向有运动趋势时，此时静力加载装置整体也会有相同的运动趋势；作动筒3固连的顶杆单元2，包括顶杆支杆21和压板22，的运动趋势产生的力直接传递到被测试件5上，形成压静力(此时，相对方向安装的顶杆单元2的压板22向远离被测试件方向运动，不对被测试件5产生静力加载)；当施加的静力载荷导致被测试件5产生弯曲变形时，万向调节单元24装置能够保证压板22在被测试件5上做微小角度调整，使得压板22与被测试件5仍能保证完全面接触，确保被测试件5局部不会因被测试件5整体变形，从而导致被测试件5与压板22接触面积变小而产生局部破坏，进而实现对测试件5的可靠的静力加载。

当作动筒3接到对被测试件5施加压力的第2指令，作动筒活塞杆31会远离被测试件5的方向产生运动趋势。这时，静力载荷通过作动筒3、顶杆单元2、静力加载框1、相对方向安装的顶杆单元2，再传递到被测试件5上，实现对被测试件5的拉静力(此时与作动筒3固连的顶杆单元2的顶杆主杆21连同其固接的压板22，向远离被测试,5方向运动，不会产生静力加载)。同样当被测试件5发生整体变形时，相对方向安装的顶杆单元2的万向调节单元24也会对压板22进行角度微调，使其与被测试件5再次完全贴合。

在静力加载框1上同时安装2个作动筒3时，由于顶杆单元2基本对称设置，2个作动筒3能够对被测试件5施加4个方向载荷。如果根据被测试件5的形状不同，选择其它多边形静力加载框1，实现静力的传力方式需要具体设计。

安装作动筒3时，其轴线接近此处被测试件受力单元51的法线方向。

作动筒3的安装位置使其轴线与被测试件5的法线方向一致，并垂直于固定支撑4的安装表面。

可选的，根据被测试件5选择三角形静力加载框1，需要3个作动筒3以及3个顶杆单元2；

优选的，根据被测试件5为多边形的静力加载框1。

S4：安装调整作动筒3的位置；

将作动筒活塞杆31的活塞杆支耳311与顶杆单元2上的转接耳23的连接孔对齐，通过销轴和锥销连接；

最后，微调作动筒3的安装位置，使得作动筒活塞杆31的轴线方向、顶杆单元2的轴线方向、压板22所抵触的被测试件5的表面法线成一条直线。

S5：启动静力试验，通过动力源带动作动筒3的作动筒活塞杆31向被测试件5方向做位移进给，通过压板22使被测试件5承受静力：

优选的，动力源为液压系统，被测试件5通过2个作动筒3，在4个压板22的位置承受静力载荷。

优选的，选择多组静力加载装置对被测试件5施加静力。

需要说明的是：

所述S1中，被测试件5固定在静力加载试验区的位置避让静力加载区域；静力加载试验区设置有固定支撑4；固定支撑4的位置面向所述被测试件5，并平行于载静力加载框1的边框11，以便静力加载方向通过被测试件5的法线；

整个静力加载装置只在压板22处抵住被测试件5的表面的受力区域，其它位置与被测试件5非接触；

优选的，顶杆单元2固定布设在指定的多条边框11处，静力加载框1的形状依被测试件的形状设计，边框11一方面避让被测试件5的外接形状，另一方面在被测试件5的受力区域表面的处设置于该处表面法线方向垂直的边框11，以利于顶杆单元2垂直布设在被测试件5的受力区域。但是，在相对的受力区域设置2个顶杆单元2，且只在一侧加装作动筒3。

本发明的静力加载装置及静力加载的方法，适用于通过独立的施力装置对被测试件的不同位置加载不同的静力；也同样适用于用此种方法装夹的任何被测试件的静力加载。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，比如静力加载框相撞的改变、作动筒与顶杆单元的对应关系的变化、对提供静力的作动筒进行替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种静力加载装置，其特征在于：用于被测试件(5)的静力加载，所述被测试件(5)为非圆截面的筒件；所述被测试件(5)包括被测试件受力单元(51)；

所述静力加载装置包括静力加载框(1)、顶杆单元(2)、作动筒(3)，静力加载试验区设置有固定支撑(4)；所述静力加载框(1)的形状依所述被测试件(5)的形状设计，所述静力加载框(1)包括边框(11)；所述静力加载框(1)的边框(11)不与所述被测试件(5)干涉；

所述顶杆单元(2)固定布设在指定的多条边框(11)处；所述顶杆单元(2)包括第一端的压板(22)；所述压板(22)的内表面为压板赋型面(221)；所述压板赋型面(221)与被测试件受力单元(51)的型面赋型；

所述顶杆单元(2)的第一端通过压板赋型面(221)与被测试件受力单元(51)的表面赋型接触，所述顶杆单元(2)的第二端通过转接耳(23)连接所述作动筒(3)的第一端；

所述作动筒(3)的第二端可调整地固设在所述固定支撑(4)上；

所述顶杆单元(2)对称设置在所述被测试件(5)相对的受力区域，相对设置的2个顶杆单元(2)只在一侧连接作动筒(3)；

所述作动筒(3)的安装轴线与所述被测试件(5)的法线方向一致，并垂直于所述固定支撑(4)的安装表面，

能够使用多组所述静力加载装置对被测试件(5)施加静力。

2.根据权利要求1所述的静力加载装置，其特征在于，所述边框(11)中部朝向所述被测试件(5)表面的方向设置有顶杆单元螺纹孔(12)。

3.根据权利要求2所述的静力加载装置，其特征在于，所述顶杆单元(2)还包括顶杆主杆(21)和转接耳(23)和万向调整单元(24)；所述压板(22)、万向调整单元(24)、顶杆主杆(21)和转接耳(23)依次连接。

4.根据权利要求3所述的静力加载装置，其特征在于，所述压板(22)上端面连接所述顶杆主杆(21)第一端。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的静力加载装置，其特征在于，所述作动筒(3)的输出端设置有作动筒活塞杆(31)。

6.一种根据权利要求5所述的静力加载装置的静力加载方法，包括以下步骤：

S1：将被测试件(5)固定放置在静力加载试验区；

S2：将螺接了多个顶杆单元(2)的静力加载框(1)环绕到被测试件(5)外围；

S3：安装调整作动筒(3)的位置；

S4：启动静力试验，通过动力源带动作动筒(3)的作动筒活塞杆(31)做位移进给，通过压板(22)使被测试件(5)承受静力。

7.根据权利要求6所述的静力加载的方法，其特征在于，所述S1中，所述固定支撑(4)平行于所述静力加载框(1)中对应的边框(11)；所述压板(22)抵住被测试件(5)表面的受力区域。

8.根据权利要求6所述的静力加载的方法，其特征在于，所述S3中，所述固定支撑(4)上设置安装单元；所述安装单元对作动筒(3)的角度和位置进行调整。