CN114035132B - 一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，属于应力及磁场检测技术领域。该模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置包括磁场发生系统、载荷加载系统和检测系统，磁场发生系统具有励磁区且能够产生横向和纵向的激励磁场，载荷加载系统穿过励磁区且能够使位于励磁区内的试件横向拉压、纵向拉压和竖向弯曲以及上述载荷的组合载荷，检测系统用于检测试件在应力和磁场耦合作用下的应力、应变和试件表面磁场参数。本发明提供的力磁耦合测试装置能够满足模拟复合载荷条件以及不同磁场强度条件的磁场与应力耦合规律的检测要求。

Description

一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置

技术领域

本发明属于应力及磁场检测技术领域，具体涉及一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置。

背景技术

应力-应变对铁磁材料磁化过程的影响规律，即力磁耦合效应，一直是国内外学者的研究热点。随着应力-应变的改变，特别是应力集中或塑性变形的出现，铁磁材料内部的磁畴结构和钉扎点密度等会发生显著变化，从而影响材料的磁化曲线、矫顽力、剩余磁化强度等磁化特性。基于上述现象，发展出多种磁无损检测技术，如：金属磁记忆检测技术、巴克豪森磁噪声技术、磁声发射技术。因此，掌握铁磁材料在实际复杂载荷状态下的力磁耦合规律，是利用上述磁无损检测技术实现应力集中、塑性变形检测与反演的基础。

通过调研分析发现，目前，国内外现有的应力条件下的力磁耦合测试装置多为模拟简单载荷条件下的力磁耦合测试装置，此类试验装置只能对试件施加相对简单的拉伸或压缩载荷。而在实际工况条件下，物体的受力往往是多种载荷的复合叠加，现有的测量装置无法在这种工况下准确模拟总结力磁耦合时应力与磁场的变化规律。因此，为了模拟实际复杂工况条件下的力磁耦合情况，新型力磁耦合测试装置必须能够进行载荷的复合加载，来模拟实际测量时物体的真实受载情况，进而对被测物体周围的空间磁场变化进行更加准确、真实的测量，最终发现励磁耦合时应力与磁场的变化规律。专利201922152972.3测试仪器只能对试件施加静态拉伸或压缩载荷，专利201320325594.4、201810535214.7实验装置只能对试件进行单轴的拉伸，无法满足复合载荷条件下的力磁耦合测试。

发明内容

鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，能够克服现有技术中的测试装置只能模拟单一载荷加载的力磁耦合测试装置的不足，满足模拟复合载荷条件以及不同磁场强度条件的磁场与应力耦合规律的检测要求。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供了一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，包括磁场发生系统、载荷加载系统和检测系统，所述磁场发生系统具有励磁区且能够产生横向和纵向的激励磁场，所述载荷加载系统穿过所述励磁区，且能够对位于所述励磁区内的试件施加横向拉压、纵向拉压和竖向弯曲及其复合载荷，所述检测系统用于检测试件在磁场和应力耦合作用下的应力、应变和试件表面磁场参数。

作为上述实施例的可选方案，所述力磁耦合测试装置还包括试验平台，所述磁场发生系统、所述载荷加载系统和所述检测系统均设置于所述试验平台上。

作为上述实施例的可选方案，所述磁场发生系统包括直流激励电源、底板和两个线圈组件，所述直流激励电源分别与两个所述线圈组件电性连接；每个所述线圈组件包括两个绕设有激励线圈的线圈圆盘，两个所述线圈圆盘平行设置于所述底板上；其中一个所述线圈组件设置于另外一个所述线圈组件内部且两者分别产生横向和纵向的激励磁场。

作为上述实施例的可选方案，两个所述线圈组件的所述线圈圆盘分别为第一线圈圆盘和第二线圈圆盘，所述第一线圈圆盘的直径大于所述第二线圈圆盘的直径。

第一线圈圆盘上具有横向大直径激励线圈，第二线圈圆盘上具有纵向小直径激励线圈，直流激励电源能够对激励线圈供电，整个磁场发生系统安装在整个试验平台的中心，两组激励线圈接入直流激励电源后，能够分别产生横向激励磁场和纵向激励磁场。

作为上述实施例的可选方案，所述线圈组件还包括线圈支座和限位件，所述线圈圆盘通过所述线圈支座支撑于所述底板上，两个所述线圈圆盘分别与所述限位件可拆卸连接，所述限位件用于将两个所述线圈圆盘限位固定。

作为上述实施例的可选方案，所述载荷加载系统包括一个弯矩加载机构和两个拉压加载机构，两个所述拉压加载机构的所施加的拉压载荷方向相互垂直；所述弯矩加载机构包括弯矩驱动电机、弯矩传动件和弯矩支架，所述弯矩驱动电机通过所述弯矩传动件驱动所述弯矩支架升降；每个所述拉压加载机构包括拉压驱动电机、拉压传动件和两个夹持组件，所述拉压驱动电机通过所述拉压传动件驱动两个所述夹持组件相对运动。

弯矩加载机构能够对试件施加向上的弯矩，拉压加载机构能够将试件夹持并横向或纵向拉压。

作为上述实施例的可选方案，所述拉压传动件包括固定台、双向滚珠传动丝杠、直线导轨和两个滑移座，所述双向滚珠传动丝杠可转动的设置于所述固定台且通过所述拉压驱动电机带动旋转，所述直线导轨设置于所述固定台上，所述滑移座与所述直线导轨滑动配合，两个所述滑移座分别与所述双向滚珠丝杠匹配且运动方向相反，所述夹持组件与所述滑移座连接。

拉压驱动电机能够带动双向滚珠传动丝杠绕自身中心线转动，直线导轨能够限制滑移座只能直线运动而不能转动，双向滚珠传动丝杠和直线导轨共同作用，使得两个滑移座能够相对运动或相背运动，从而对试件进行横向拉伸或挤压。

作为上述实施例的可选方案，所述拉压传动件还包括拉压轴承座和两个链接块，所述双向滚珠传动丝杠通过轴承可转动的支撑于所述拉压轴承座，所述滑移座通过所述链接块与所述双向滚珠传动丝杠传动连接。

作为上述实施例的可选方案，所述夹持组件包括夹钳、夹持座和夹持压板，所述夹钳与所述拉压传动件连接，所述夹持座与所述夹钳连接，所述夹持压板与所述夹持座形成夹持区间且通过夹持件固定。

夹钳用于连接链接块和夹持座，夹持压板与夹持座能够夹持试件并通过夹持件固定，试件的固定方式简单、操作方便。

作为上述实施例的可选方案，所述夹持件包括夹持杆、夹持螺母、锁头、偏心压头、扳手、调节盘、调节弹簧和同步件，所述夹持杆穿设于所述夹持座和夹持压板，所述夹持杆的一端与所述夹持螺母螺纹啮合且另一端与所述锁头固定，所述锁头的径向两侧设置有连接轴，所述偏心压头套设于所述连接轴且所述偏心压头只能绕所述连接轴的中心线转动，所述调节盘套设于所述连接轴且所述调节盘只能沿所述连接轴的轴向滑动，所述调节弹簧套设于所述连接轴且使所述调节盘具有朝向所述偏心压头运动的趋势；所述调节盘与所述偏心压头的相对面对应设置有环形的阻回槽，所述阻回槽使所述偏心压头只能单向转动；所述扳手可活动的设置于所述偏心压头且能够驱动所述同步件将所述偏心压头顶开，以使所述偏心压头和所述调节盘脱离或接触。

夹持件的结构是在现有技术中的快拆结构的基础上做出的改进，通过扳动扳手带动偏心压头转动，从而将夹持压板压紧于夹持座或使夹持压板和夹持座松脱，达到夹持试件或松开试件的效果。

作为上述实施例的可选方案，所述扳手可摆动的设置于所述偏心压头，所述扳手的转动轴线与所述偏心压头的转动中心线偏移，所述偏心压头设置有两个用于限制所述扳手摆动的止动部，所述同步件与所述扳手连接，所述同步件的厚度逐渐增大；所述扳手与其中一个所述止动部抵接时，所述同步件插入所述偏心压头和所述调节盘之间，所述扳手与另外一个所述止动部抵接时，所述同步件从所述偏心压头和所述调节盘之间脱离。

作为上述实施例的可选方案，所述夹持座上设置有定位槽，所述定位槽的截面为六边形，所述夹持螺母嵌设于所述定位槽内。

作为上述实施例的可选方案，所述夹持件还包括均力板，所述均力板位于所述偏心压头和所述夹持压板之间，所述均力板靠近所述偏心压头的一侧设置有与所述偏心压头贴合的柱状面且另一侧为平面，所述柱状面的直径与所述偏心压头的直径相等，所述柱状面的中心线与所述夹持杆的中心线垂直，所述夹持杆穿设于所述均力板且所述均力板能够沿所述夹持杆的径向运动。

作为上述实施例的可选方案，所述检测系统包括拉压力传感器、三维高斯计、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和弯矩压力传感器，所述拉压力传感器用于检测试件的横向和纵向拉压载荷，所述三维高斯计用于检测试件周围的空间磁场强度，所述第一激光位移传感器用于检测试件的横向位移或纵向位移，所述第二激光位移传感器用于检测试件的竖向变形量，所述弯矩压力传感器用于检测试件的弯矩数值。

作为上述实施例的可选方案，每个所述拉压加载机构分别设置有拉压力传感器，所述拉压力传感器分别与所述夹持座和所述夹钳连接；

作为上述实施例的可选方案，所述拉压加载机构包括位移辅助测量板，每个所述拉压加载机构分别设置有第一激光位移传感器，所述位移辅助测量板固定于所述夹持座的正下方且其被测平面的背面与所述夹持座靠近试件的一面对齐，所述第一激光位移传感器的激光测量中心正对所述位移辅助测量板的中心；

所述弯矩压力传感器固定于所述弯矩支架的上表面中央。

作为上述实施例的可选方案，所述检测系统还包括三轴位移滑台和悬臂，悬臂的一端与所述三轴位移滑台连接且另一端与所述三维高斯计连接，三维高斯计通三轴位移滑台带动测量试件表面不同位置处的磁场强度。

本发明的有益效果是：

本发明提供的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，能够满足模拟复合载荷条件以及不同磁场强度条件的磁场与应力耦合规律的检测要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例提供的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的磁场发生系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的载荷加载系统和检测系统的结构示意图一；

图4为本发明实施例提供的载荷加载系统和检测系统的结构示意图二；

图5为本发明实施例提供的夹持件与夹持组件的配合关系示意图；

图6为本发明实施例提供的夹持件的结构示意图一；

图7为本发明实施例提供的夹持件的结构示意图二；

图8为本发明实施例提供的夹持件的结构示意图三；

图9为本发明实施例提供的调节盘与连接轴的配合关系示意图；

图10为本发明实施例提供的夹持件的工作状态示意图一；

图11为本发明实施例提供的夹持件的工作状态示意图二；

图12为本发明实施例提供的夹持件的工作状态示意图三；

图13为本发明实施例提供的夹持件的工作状态示意图四。

图标：

10-力磁耦合测试装置；

100-试件；11-磁场发生系统；12-载荷加载系统；18-检测系统；

110-直流激励电源；111-底板；112-激励线圈；113-线圈圆盘；114-线圈支座；115-限位件；

121-弯矩驱动电机；122-弯矩轴承支座；123-第二传动轴；124-第二大锥齿轮；125-弯矩轴承；126-第二小锥齿轮；127-弯矩加载丝杠；128-丝杠螺母；129-弯矩支架；

141-拉压驱动电机；142-固定台；143-双向滚珠传动丝杠；144-直线导轨；145-滑移座；146-拉压轴承座；147-链接块；148-第一传动轴；149-第一大锥齿轮；150-第一小锥齿轮；151-夹钳；152-夹持座；153-夹持压板；

160-夹持件；161-夹持杆；162-夹持螺母；163-锁头；164-偏心压头；165-扳手；166-调节盘；167-调节弹簧；168-同步件；169-连接轴；170-止动部；171-阻回圈；172-均力板；

180-拉压力传感器；181-三维高斯计；182-第一激光位移传感器；183-第二激光位移传感器；184-弯矩压力传感器；185-位移辅助测量板；186-三轴位移滑台；187-悬臂。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1所示，本发明的实施例提供了一种力磁耦合测试装置10，该力磁耦合测试装置10能够模拟复合载荷条件及不同的磁场强度并进行参数检测，从而测试复杂载荷条件下以及不同磁场强度下的磁场与应力耦合规律。

其中，力磁耦合测试装置10包括试验平台（图3中的底板111或者固定台142也可以作为试验平台，当然，试验平台还可以为地面等）、磁场发生系统11、载荷加载系统12和检测系统18，磁场发生系统11、载荷加载系统12和检测系统18置于试验平台（例如图3中的底板111或固定台142）上。

磁场发生系统11具有励磁区，励磁区内可以放置试件100，并且，磁场发生系统11能够产生横向和纵向的激励磁场，需要说明的是，磁场发生系统11既可以产生独立的横向或纵向的激励磁场，也可以产生复合磁场。磁场发生系统11的具体结构如下：请参照图2所示，磁场发生系统11包括直流激励电源110（请参照图1所示）、底板111和两个线圈组件。

直流激励电源110分别与两个线圈组件通过电源线电性连接，直流激励电源110能够向线圈组件提供直流电。

底板111上设置有多个通孔，多个通孔呈阵列分布，便于根据需要安装固定不同设备。

每个线圈组件均包括线圈支座114、限位件115和两个线圈圆盘113，两个线圈圆盘113平行设置且分别绕设有激励线圈112，激励线圈112与直流激励电源110电性连接。

线圈支座114通过螺栓固定于底板111上，线圈支座114的结构不限，每个线圈圆盘113均固定于线圈支座114上，线圈圆盘113的底端通过螺栓等固定在线圈支座114上。

两个线圈圆盘113分别与限位件115可拆卸连接，限位件115用于将两个线圈圆盘113辅助定位，从而保证线圈之间的距离固定，在本实施例中，限位件115呈块状，限位件115上设置有卡槽，线圈圆盘113卡入卡槽内，线圈圆盘113与限位件115之间通过螺栓保证两者间的周向固定。

其中一个线圈组件设置于另外一个线圈组件内部且两者分别产生横向和纵向的激励磁场，两个线圈组件的直径不同。

具体的，两个线圈组件分别为第一线圈组件和第二线圈组件，第一线圈组件的两个线圈圆盘113均为第一线圈圆盘，第二线圈组件的两个线圈圆盘113均为第二线圈圆盘，第一线圈圆盘的直径大于第二线圈圆盘的直径。

第一线圈圆盘上绕设有大线圈，第二线圈圆盘上绕设有小线圈，两个第一线圈圆盘沿着横向（例如X方向）排布，两个第二线圈圆盘沿着纵向（例如Y方向）排布，并且，两个第二线圈圆盘位于两个第一线圈圆盘中间，第一线圈组件的中心点与第二线圈组件的中心点重合，第一线圈圆盘的中心线与第二线圈圆盘的中心线垂直相交，当然，在其他实施例中，存在一些偏差也是可以的。

两组线圈组件激励线圈112接入直流激励电源110后，能够分别产生横向激励磁场和纵向激励磁场。

载荷加载系统12穿过励磁区且能够使位于励磁区内的试件100横向拉伸、横向压缩、纵向拉伸、纵向压缩和向上弯曲，以及上述作用力的任意组合形成的复合载荷。

横向拉压是指横向拉伸和横向压缩，当然，一般而言，在同一时间内，在横向上，只能对试件进行横向拉伸或横向压缩；同理，纵向拉压是指纵向拉伸和纵向压缩，在同一时间内，在纵向上只能对试件进行纵向拉伸或纵向压缩；当然，在同一时间内，可以对试件施加横向拉伸、纵向压缩、向上弯曲等其他不同形式的组合作用力。

载荷加载系统12的具体结构如下：载荷加载系统12包括弯矩加载机构和两个拉压加载机构，弯矩加载机构能够对试件100施加向上的弯矩，两个拉压加载机构所施加的拉伸或压缩载荷方向相互垂直，拉压加载机构能够将试件100夹持并横向或纵向拉伸，弯矩加载机构和两个拉压加载机构既可以独立工作，又可以同时工作。

请参照图3、图4所示，弯矩加载机构包括弯矩驱动电机121、弯矩传动件和弯矩支架129，弯矩驱动电机121通过弯矩传动件驱动弯矩支架129升降，弯矩支架129能够对试件100施加向上的弯矩。

在本实施例中，弯矩传动件包括弯矩轴承支座122、第二传动轴123、第二大锥齿轮124、弯矩轴承125、第二小锥齿轮126、弯矩加载丝杠127和丝杠螺母128。

弯矩驱动电机121与第二传动轴123经由联轴器连接，弯矩驱动电机121能够带动第二传动轴123转动，第二传动轴123通过键槽与第二小锥齿轮126连接配合，第二大锥齿轮124通过键槽与弯矩加载丝杠127连接配合，第二大锥齿轮124与第二小锥齿轮126相互啮合传动，弯矩轴承125通过轴肩轴向固定在弯矩加载丝杠127上并装配在弯矩轴承支座122的轴承孔内。

丝杠螺母128与弯矩加载丝杠127配合，弯矩支架129与丝杠螺母128固定，当弯矩加载丝杠127转动时会带动丝杠螺母128升降，并驱动弯矩支架129升降，可以对试件100施加弯矩。

弯矩驱动电机121工作时，能够通过第二传动轴123带动第二小锥齿轮126转动，第二小锥齿轮126驱动第二大锥齿轮124转动，第二大锥齿轮124通过弯矩加载丝杠127驱动丝杠螺母128和弯矩支架129升降。

在其他实施例中，弯矩驱动电机121还可以直接与弯矩加载丝杠127同轴固定或者通过其他的齿轮加速器与弯矩加载丝杠127传动连接。

两个拉压加载机构分别对试件100施加横向和纵向的拉压载荷作用，每个拉压加载机构包括拉压驱动电机141、拉压传动件和两个夹持组件，拉压驱动电机141通过拉压传动件驱动两个夹持组件相对运动。

在本实施例中，两个夹持组件能够反向运动，具体的，拉压传动件包括固定台142、双向滚珠传动丝杠143、直线导轨144和两个滑移座145，双向滚珠传动丝杠143可转动的设置于固定台142且通过拉压驱动电机141带动旋转，直线导轨144设置于固定台142上，滑移座145与直线导轨144滑动配合，两个滑移座145分别与双向滚珠丝杠匹配且运动方向相反，夹持组件与滑移座145连接。

拉压驱动电机141能够带动双向滚珠传动丝杠143绕自身中心线转动，直线导轨144能够限制滑移座145只能直线运动而不能转动，双向滚珠传动丝杠143和直线导轨144共同作用，使得两个滑移座145能够相对运动或相背运动，从而对试件100进行横向拉伸或挤压。

此外，拉压传动件还可以包括第一大锥齿轮149、第二小锥齿轮126、第一传动轴148、伸轴承座和两个链接块147等。

第一大锥齿轮149和第一小锥齿轮150相互啮合传动，拉压驱动电机141通过联轴器与第一传动轴148连接，第一传动轴148与第一小锥齿轮150同轴连接，第一大锥齿轮149与双向滚珠传动丝杠143同轴连接，双向滚珠传动丝杠143的两端通过轴承可转动的支撑于拉压轴承座146，链接块147与双向滚珠配合，滑移座145通过链接块147与双向滚珠传动丝杠143传动连接。

拉压驱动电机141工作时，可以通过第一传动轴148带动第一小锥齿轮150转动，第一小锥齿轮150带动第一大锥齿轮149转动，第一大锥齿轮149带动双向滚珠传动丝杠143绕自身中心线转动并驱动两个链接块147反向运动，此时，两个滑移座145带动两个夹持组件沿直线导轨144反向运动。

拉压加载机构用于对试件100施加拉压作用力（拉伸作用力或压缩作用力，本实施例中提及的“拉压”均可以为“拉伸或压缩”），加载过程中需要使用夹持组件将试件100固定，夹持组件包括夹钳151、夹持座152和夹持压板153，夹钳151与拉压传动件连接，夹持座152与夹钳151连接，请参照图5所示，夹持压板153与夹持座152形成夹持区间且通过夹持件160固定。

夹钳151用于连接链接块147和夹持座152，夹持压板153与夹持座152能够夹持试件100并通过夹持件160固定，试件100的固定方式简单、操作方便。

夹持件160可以为螺栓等结构，在本实施例中，提供了如下方案，便于夹持压板153和夹持座152的锁定及解锁：请参照图6、图7、图8所示，夹持件160包括夹持杆161、夹持螺母162、锁头163、偏心压头164、扳手165、调节盘166、调节弹簧167和同步件168。

夹持杆161穿设于夹持座152和夹持压板153，夹持杆161的一端与夹持螺母162螺纹啮合且另一端与锁头163固定，其中，夹持座152上设置有定位槽，定位槽的截面为六边形，夹持螺母162嵌设于定位槽内。

当夹持螺母162处于定位槽内时，夹持螺母162不能转动，此时，可以转动夹持杆161，以调节夹持螺母162在夹持杆161上的相对位置。

锁头163与夹持杆161之间可以一体成型，一般而言，夹持杆161的直径相对较小，而锁头163可以比夹持杆161的直径略大一些。锁头163的径向两侧设置有连接轴169，连接轴169可以分为一体成型的两段，分别为第一段和第二段，第一段位于锁头163和第二段之间。其中，第一段可以为圆柱状，第二段可以为棱柱状，第二段远离第一段的端部设置有挡块。

偏心压头164套设于连接轴169的第一段，扳手165只能绕连接轴169的中心线转动而不能沿连接轴169的轴向运动。偏心压头164的周面到其中心线的距离不等。当偏心压头164旋转时，能够抵接于夹持压板153，从而将夹持压板153压紧于夹持座152上。

调节盘166套设于连接轴169的第二段，调节盘166只能沿连接轴169的轴向滑动而不能绕连接轴169的中心线转动。

调节弹簧167可以为压簧或拉簧等，在本实施例中，调节弹簧167为压簧，调节弹簧167套设于连接轴169的第二段，调节弹簧167的两端分别抵接于调节盘166的一侧和挡块，调节弹簧167使调节盘166具有朝向偏心压头164运动的趋势，即在没有外力的作用下，调节弹簧167能够将调节盘166压紧于偏心压头164。

请参照图9所示，调节盘166与偏心压头164的相对面对应设置有环形的阻回槽，阻回槽内具有多个依次设置的楔形块，楔形块包括平面和斜面，调节盘166的中心线位于平面上，当两个阻回槽的平面抵接时，调节盘166和偏心压头164不能相对转动，当两个阻回槽的斜面抵接时，调节盘166和偏心压头164能够相对转动。在调节弹簧167的作用下，当调节盘166与偏心压头164抵接时，阻回槽使偏心压头164只能单向转动，从而可以锁定且不容易非正常解锁；当调节盘166与偏心压头164脱离时，偏心压头164可以双向转动，从而可以解锁。

当调节盘166和偏心压头164抵接且相对旋转时，调节盘166能够沿连接轴169的轴向小幅度活动，夹持调节弹簧167反复压缩、伸展。

扳手165可活动的设置于偏心压头164且能够驱动同步件168将偏心压头164顶开，以使偏心压头164和调节盘166脱离或接触。

夹持件160的结构是在现有技术中的快拆结构的基础上做出的改进，通过扳动扳手165带动偏心压头164转动，从而将夹持压板153压紧于夹持座152或使夹持压板153和夹持座152松脱，达到夹持试件100或松开试件100的效果。

现有技术的快拆结构，在不移动夹持螺母162在夹持杆161上位置的情况下，只有两种状态，扳手165具有两个位置，即扳手165完全解锁和扳手165到底锁定，通常而言，由于试件100的厚度不同，导致扳手165可能无法扳到位，从而导致偏心压头164无法完全锁定，偏心压头164可能会发生非正常解锁，影响试验结果。

而本实施例中提供的夹持件160结构，相对现有技术中的快拆结构而言，扳手165能够扳动任意角度后锁定，而无需将扳手165扳到底，无需时刻调节，操作简单、省力。

扳手165通过同步件168控制调节盘166的结构可以采用但不限于下列方案：扳手165可摆动的设置于偏心压头164，扳手165的转动轴线与偏心压头164的转动中心线偏移，偏心压头164设置有两个用于限制扳手165摆动的止动部170。

同步件168与扳手165连接，在从远离扳手165的一端到靠近扳手165的一端方向上，同步件168的厚度逐渐增大。

扳手165与其中一个止动部170抵接时，同步件168插入偏心压头164和调节盘166之间，扳手165与另外一个止动部170抵接时，同步件168从偏心压头164和调节盘166之间脱离。

上述方案中，通过扳手165的两个极限位置控制同步件168的动作，操作更加简单、方便。

此外，为了使偏心压头164对夹持压板153施加的作用力更加均衡，本实施例提供了如下方案：夹持件160还包括均力板172，均力板172位于偏心压头164和夹持压板153之间，均力板172靠近偏心压头164的一侧设置有与偏心压头164贴合的柱状面且另一侧为平面，柱状面的直径与偏心压头164的直径相等，柱状面的中心线与夹持杆161的中心线垂直，夹持杆161穿设于均力板172且均力板172能够沿夹持杆161的径向运动。

假定夹持件160的初始状态为图10所示状态（锁定状态），夹持件160的使用方法为：当需要将夹持压板153与夹持座152解锁时，依次如图10、图11、图12所示；当需要将夹持压板153与夹持座152锁定时，依次如图12、图13、图10所示。

请参照图3所示，检测系统18用于检测试件100的应力、应变和表面磁场参数，检测系统18的具体结构如下：检测系统18包括拉压力传感器180、三维高斯计181、第一激光位移传感器182、第二激光位移传感器183、弯矩压力传感器184。

每个拉压加载机构分别设置有拉压力传感器180，拉压力传感器180分别与夹持座152和夹钳151连接，拉压力传感器180用于检测试件100的横向和纵向拉压载荷。

三维高斯计181用于检测试件100表面的空间磁场强度，第一激光位移传感器182用于检测试件100的横向位移或纵向位移，第二激光位移传感器183用于检测试件100的竖向变形量，弯矩压力传感器184用于检测试件100的弯矩数值。

此外，检测系统18还可以包括位移辅助测量板185，每个拉压加载机构分别设置有位移辅助测量板185和第一激光位移传感器182，位移辅助测量板185固定于夹持座152的正下方且其被测平面的背面与夹持座152靠近试件100的一面对齐，第一激光位移传感器182的激光测量中心正对位移辅助测量板185的中心。

弯矩压力传感器184固定于弯矩支架129的上表面中央，当弯矩压力传感器184在弯矩支架129的驱动下向上运动时，试件100将承受一个向上的弯矩，此时位于竖直方向的第二激光位移传感器183将测量出试件100的竖直方向的变形量。

检测系统18还包括三轴位移滑台186和悬臂187，悬臂187的一端与三轴位移滑台186连接且另一端与三维高斯计181连接。

三轴位移滑台186具有X向滑轨、Y向滑轨和Z向滑轨，能够带动悬臂187和三维高斯计181多方位运动，从而使得三维高斯计181可以测量试件100周围各处的空间磁场强度。

本实施例提供的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置10的工作原理如下：

将试件100放置在励磁区，并使夹持座152和夹持压板153将试件100夹持固定；

工作过程中，拉压驱动电机141驱动双向滚珠传动丝杠143转动，带动两个滑移座145沿直线导轨144相对运动，对试件100施加拉压载荷；

位移辅助测量板185随夹持座152同步运动，第一激光位移传感器182测量位移辅助测量板185的位移量，从而间接测出试件100的拉压变形量，夹钳151和夹持座152之间的拉压力传感器180可以同步读取在该载荷条件下的拉压载荷数值。

同理，试件100的纵向拉伸量与该载荷条件下的拉力数据可以用同样的方法测量。

弯矩驱动电机121通过第二大锥齿轮124和第二小锥齿轮126驱动弯矩加载丝杠127转动，从而使得丝杠螺母128和弯矩支架129向上运动，并对位于其上方的试件100施加向上的弯矩；

弯矩的数据与此弯矩下试件100的变形量可以被弯矩压力传感器184和位于试件100正上方的第二激光位移传感器183读取；

在载荷加载机构对试件100进行单一载荷加载或者符合载荷加载时，三维高斯计181可以在三轴位移滑台186的带动下移动并检测试件100周围的空间磁场强度。

相应的，在对试件100施加一个恒定的载荷的前提条件下，还可以通过改变磁场发生系统中的电流大小来控制磁场的强度，从而测量恒定载荷条件下试件100的应力以及变形随磁场的变化情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，包括磁场发生系统、载荷加载系统和检测系统，所述磁场发生系统具有励磁区且能够产生横向和纵向的激励磁场，所述载荷加载系统穿过所述励磁区，且能够对位于所述励磁区内的试件施加横向拉压、纵向拉压和竖向弯曲及其复合载荷，所述检测系统用于检测试件在磁场和应力耦合作用下的应力、应变和试件表面磁场参数；

所述载荷加载系统包括一个弯矩加载机构和两个拉压加载机构，两个所述拉压加载机构的所施加的拉压载荷方向相互垂直；所述弯矩加载机构包括弯矩驱动电机、弯矩传动件和弯矩支架，所述弯矩驱动电机通过所述弯矩传动件驱动所述弯矩支架升降；每个所述拉压加载机构包括拉压驱动电机、拉压传动件和两个夹持组件，所述拉压驱动电机通过所述拉压传动件驱动两个所述夹持组件相对运动；

所述夹持组件包括夹钳、夹持座和夹持压板，所述夹钳与所述拉压传动件连接，所述夹持座与所述夹钳连接，所述夹持压板与所述夹持座形成夹持区间且通过夹持件固定；

所述夹持件包括夹持杆、夹持螺母、锁头、偏心压头、扳手、调节盘、调节弹簧和同步件，所述夹持杆穿设于所述夹持座和夹持压板，所述夹持杆的一端与所述夹持螺母螺纹啮合且另一端与所述锁头固定，所述锁头的径向两侧设置有连接轴，所述偏心压头套设于所述连接轴且所述偏心压头只能绕所述连接轴的中心线转动，所述调节盘套设于所述连接轴且所述调节盘只能沿所述连接轴的轴向滑动，所述调节弹簧套设于所述连接轴且使所述调节盘具有朝向所述偏心压头运动的趋势；所述调节盘与所述偏心压头的相对面对应设置有环形的阻回槽，所述阻回槽使所述偏心压头只能单向转动；所述扳手可活动的设置于所述偏心压头且能够驱动所述同步件将所述偏心压头顶开，以使所述偏心压头和所述调节盘脱离或接触。

2.根据权利要求1所述的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，所述磁场发生系统包括直流激励电源、底板和两个线圈组件，所述直流激励电源分别与两个所述线圈组件电性连接；每个所述线圈组件包括两个绕设有激励线圈的线圈圆盘，两个所述线圈圆盘平行设置于所述底板上；其中一个所述线圈组件设置于另外一个所述线圈组件内部且两者分别产生横向和纵向的激励磁场。

3.根据权利要求2所述的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，所述线圈组件还包括线圈支座和限位件，所述线圈圆盘通过所述线圈支座支撑于所述底板上，两个所述线圈圆盘分别与所述限位件可拆卸连接，所述限位件用于将两个所述线圈圆盘限位固定。

4.根据权利要求1所述的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，所述拉压传动件包括固定台、双向滚珠传动丝杠、直线导轨和两个滑移座，所述双向滚珠传动丝杠可转动的设置于所述固定台且通过所述拉压驱动电机带动旋转，所述直线导轨设置于所述固定台上，所述滑移座与所述直线导轨滑动配合，两个所述滑移座分别与所述双向滚珠传动 丝杠匹配且运动方向相反，所述夹持组件与所述滑移座连接。

5.根据权利要求4所述的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，所述拉压传动件还包括拉压轴承座和两个链接块，所述双向滚珠传动丝杠通过轴承可转动的支撑于所述拉压轴承座，所述滑移座通过所述链接块与所述双向滚珠传动丝杠传动连接。

6.根据权利要求1所述的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，所述扳手的转动轴线与所述偏心压头的转动中心线偏移，所述偏心压头设置有两个用于限制所述扳手摆动的止动部，所述同步件与所述扳手连接，所述同步件的厚度逐渐增大；所述扳手与其中一个所述止动部抵接时，所述同步件插入所述偏心压头和所述调节盘之间，所述扳手与另外一个所述止动部抵接时，所述同步件从所述偏心压头和所述调节盘之间脱离。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的模拟复合载荷条件下的力磁耦合测试装置，其特征在于，所述检测系统包括拉压力传感器、三维高斯计、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和弯矩压力传感器，所述拉压力传感器用于检测试件的横向和纵向拉压载荷，所述三维高斯计用于检测试件周围的空间磁场强度，所述第一激光位移传感器用于检测试件的横向位移或纵向位移，所述第二激光位移传感器用于检测试件的竖向变形量，所述弯矩压力传感器用于检测试件的弯矩数值。

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