CN114324004A - 一种曲面壁板剪切载荷加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于剪切载荷加载领域，具体涉及一种曲面壁板剪切载荷加载装置。均载器底座梁与曲杠杆支点梁组件以及纵杠杆支点梁组件平行设置，支撑梁与均载器底座梁和曲杠杆支点梁组件垂直并且将均载器底座梁和曲杠杆支点梁组件连接，纵杠杆支点梁组件通过过渡梁连接，均载器组件与底座梁固定连接，曲杠杆组件的中间支点铰接在曲杠杆支点梁组件上，纵杠杆组件与纵杠杆支点梁组件滑动连接；中间框架整体与试验件组件的曲边固定连接，均载器底座梁与中间框架通过多个扣重杆连接，中间框架与直边剪切框架连接，纵杠杆组件下端与试验件组件的直边连接。能够在不换装的情况下可对曲面壁板施加双向剪切载荷。

Description

一种曲面壁板剪切载荷加载装置

技术领域

本发明属于剪切载荷加载领域，具体涉及一种曲面壁板剪切载荷加载装置。

背景技术

飞机在飞行过程中，机身曲板承受拉伸/压缩、剪切、弯曲、端部剪切、地板梁载荷及充压载荷，由于其机身曲板受载情况复杂，无法在标准试验机上进行，必须发展专门的试验技术，并研制相应的试验装置和设备。针对曲板综合强度试验，开展了大量的研究工作。目前机身壁板试验系统只可以施加单方向的剪切载荷。

发明内容

发明目的：提供一种能够在不换装的情况下可对曲面壁板施加双向剪切载荷的曲面壁板剪切载荷加载装置。

技术方案：

一种曲面壁板剪切载荷加载装置，包括：中间框架200、两个对称的直边剪切框架300以及多个扣重杆400，直边剪切框架300包括均载器底座梁301、均载器组件303、支撑梁304、过渡梁305、曲杠杆支点梁组件306、纵杠杆支点梁组件307、曲杠杆组件308、纵杠杆组件309，其中，均载器底座梁301与曲杠杆支点梁组件306以及纵杠杆支点梁组件307平行设置，支撑梁304与均载器底座梁301和曲杠杆支点梁组件306垂直并且将均载器底座梁301和曲杠杆支点梁组件306连接，纵杠杆支点梁组件307位于曲杠杆支点梁组件306下方并且通过过渡梁305连接，均载器组件303与底座梁301固定连接，曲杠杆组件308的中间支点铰接在曲杠杆支点梁组件306上，纵杠杆组件309穿过纵杠杆支点梁组件307与纵杠杆支点梁组件307滑动连接；中间框架200整体为矩形框架并且与试验件组件100的曲边固定连接，均载器底座梁301与中间框架200通过多个扣重杆400连接，中间框架200的四个角通过法兰与直边剪切框架300的过渡梁305连接，纵杠杆组件309下端与试验件组件100的直边连接。

进一步地，所述直边剪切框架300还包括：支撑杆组件311、底座双耳302、支点双耳310，支撑杆组件311一端通过底座双耳302固定在底座梁301上，支撑杆组件311另一端通过支点双耳310与曲杠杆支点梁组件306连接。

进一步地，中间框架200包括矩形传力框架、固定端双耳214、测力杠杆209，其中，测力杠杆209的加载端以及固定端双耳214分别设置在所述矩形框架的一组对边上并且分别与试验件组件100的曲边连接，矩形传力框架的四个角设置有转接梁并且所述转接梁通过法兰与直边剪切框架300的过渡梁305连接。

进一步地，中间框架200还包括测力组件208，其中测力组件208的一端固定在测力杠杆209所在的中间框架200的横梁上并且另一端与测力杠杆209的测量端连接。

进一步地，中间框架200还包括设置在中间框架200上方的多个均匀分布的吊装板212。

进一步地，所述试验件组件100包括试验件101、过渡段102、曲边角形件103和直边接头104，其中，在试验件101的两个曲边处均设置有过渡段102，试验件101和过渡段102通过曲边角形件103连接，过渡段102与试验件101连接处均设置有安装孔，其中一个安装孔与中间框架200的固定端双耳214固定，另一个安装孔与中间框架200的测力杠杆209加载端连接，在试验件101的直角边上均设置直边接头104，试验件组件100的直边通过直边接头104与纵杠杆组件309下端连接。

进一步地，曲杠杆组件308的弯折部设置有曲杠杆支点轴308d并且通过曲杠杆支点轴308d与曲杠杆支点梁组件306连接。

进一步地，曲杠杆组件308的一端作为加载点通过曲杠杆支点关节轴承308g与均载器组件303连接，曲杠杆组件308的另一端设置有U型轨道并且通过所述U型轨道与纵杠杆支点梁组件307连接。

有益效果：

采用两级杠杆改变载荷方向；采用多个导轨构型辅以关节轴承消除试验件变形引起的附加载荷；采用被动剪切载荷施加组件中的力传感器控制主动剪切载荷施加组件中的均载器加载设备；能够在不换装的情况下对曲面壁板施加双向剪切载荷。

附图说明

图1为根据本发明实施例的曲面壁板剪切载荷加载装置结构示意图；

图2是根据本发明实施例的试验件组件的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的中间框架的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的测力组件的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的直边剪切框架的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的均载器组件的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的曲杠杆支点梁组件的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的纵杠杆支点梁组件的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的曲杠杆组件的结构示意图；

图10是根据本发明实施例的纵杠杆组件的结构示意图；

图11是根据本发明实施例的支撑杆组件的结构示意图；

图12是根据本发明实施例的扣重杆的结构示意图。

其中，试验件组件100、中间框架200、直边剪切框架300、扣重杆400、试验件101、过渡段102、曲边角形件103、直边接头104、固定端短梁201、曲边梁202、第一固定端转接梁203、直边梁204、第一活动端转接梁205、直边测力梁206、测力单耳底座207、测力组件208、测力杠杆209、测力短梁210、第二活动端转接梁211、吊装板212、第二固定端转接梁213、固定端双耳214、螺栓208a、衬套208b、杠杆端双耳208c、载荷传感器208d、垫圈208e、测力松紧螺套208f、螺母208g、垫圈208h、关节轴承208i、均载器底座梁301、底座双耳302、均载器组件303、支撑梁304、过渡梁305、曲杠杆支点梁组件306、纵杠杆支点梁组件307、曲杠杆组件308、纵杠杆组件309、支点双耳310、支撑杆组件311、均载器双耳303a、双向螺纹转接件303b、载荷传感器303c、均载器303d、均载器后端螺母303e、均载器后端垫圈303f、均载器后端衬套303g、均载器底座303h、均载器后端关节轴承303i、均载器后端螺栓303j、均载器前端螺栓303k、均载器前端衬套303l、均载器前端垫圈303m、均载器前端螺母303n、实心接头306a、加强板306b、曲杠杆支点梁306c、纵杠杆支点梁307a、纵杠杆支点滑轨盒307b、纵杠杆支点梁端头接头307c、盖板螺钉308a、关节轴承盖板308b、关节轴承308c、曲杠杆支点轴308d、曲杠杆支点衬套308e、曲杠杆支点盖板308f、曲杠杆支点关节轴承308g、曲杠杆308h、垫圈308i和螺母308j、小圆螺母309a、垫圈309b、关节轴承309c、曲杠杆滚轮309d、纵杠杆309e、纵杠杆支点轴309f、纵杠杆支点滚轮309g、双列圆锥滚子轴承309h、垫圈309i、加载点轴309j、加载点衬套309k、加载点垫圈309l、加载点螺母309m、圆螺母止动垫圈309n、圆螺母309o、孔用挡圈309p、左旋单耳311a、双向螺杆311b、右旋单耳311c、连接螺栓311d、垫圈311e、螺母311f、左旋单耳401、双向螺杆402、右旋双耳403、长连接轴404、短连接轴405、垫圈406、螺母407。

具体实施方式

下面结合附图详细说明。

如图1所示，曲面壁板剪切载荷加载装置包括试验件组件100、中间框架200、直边剪切框架300和扣重杆400。其中，试验件组件100的载荷加载边与直边剪切框架300连接，试验件组件100的非载荷加载边与中间框架200连接。

如图2，试验件组件100包括试验件101、过渡段102、曲边角形件103和直边接头104。在试验件101的两个曲边处均设置有过渡段102，试验件101和过渡段102通过曲边角形件103连接。过渡段102与试验件101连接处均设置有安装孔，其中一个安装孔与中间框架200的固定端短梁201固定，另一个安装孔与中间框架200的测力杠杆209加载端连接。测力杠杆209的测量端与测力组件208连接。在试验件101的直角边上均设置直边接头104。

过渡段102与中间框架200的测力杠杆209连接。直边接头104通过直边剪切框架300的加载点轴309j与直边剪切框架300的纵杠杆309e连接。

在本发明的一个实施例中，在试验件直边布置了对称的17组直边接头，通过螺栓与试验件连接。在曲边则是分布式角形件，同样通过螺栓与试验件连接。在试验件两端有一对对称的过渡段与角形件连接，在过渡段上预留与中间框架连接孔，孔的位置与试验件剪心重合，因为理论上试验件曲边的剪切载荷是沿曲边切向分布的，他们的合力位置就是剪心，孔选择在剪心不会给试验件施加除了剪力以外的其他载荷(包括力和弯矩)。

如图3，中间框架200包括固定端短梁201、曲边梁202、第一固定端转接梁203、直边梁204、第一活动端转接梁205、直边测力梁206、测力单耳底座207、测力组件208、测力杠杆209、测力短梁210、第二活动端转接梁211、吊装板212、第二固定端转接梁213、固定端双耳214。中间框架的转接梁203、205、211和213通过端面的法兰与过渡梁305将直边剪切框架300固支。

如图3，中间框架200分为负责传力的框架以及与过渡段102连接的接头、杠杆。传力框架包括固定端短梁201，曲边梁202，转接梁203、205、211、213，直边梁204，直边测力梁206，测力短梁210，设计时4个转接梁上分别预留法兰板与直边剪切框架300连接。固定端双耳214与试验件固定端的过渡段通过加装有关节轴承的螺栓连接，测力组件208则与试验件活动端的过渡段使用相同方法连接。剪切框架重量、尺寸均较大，吊装比较困难，设计吊装板212安装于传力框架之上。

如图4所示，测力组件208包括螺栓208a、衬套208b、杠杆端双耳208c、载荷传感器208d、垫圈208e、测力松紧螺套208f、螺母208g、垫圈208h、关节轴承208i。为便于安装，将测力松紧螺套208f两端螺纹分别设计为左旋和右旋。同时为防止试验加载过程中，装置限制试验件变形，在测力组件、测力杠杆上均安装关节轴承。

如图5，直边剪切框架300包括均载器底座梁301、底座双耳302、均载器组件303、支撑梁304、过渡梁305、曲杠杆支点梁组件306、纵杠杆支点梁组件307、曲杠杆组件308、纵杠杆组件309、支点双耳310、支撑杆组件311。均载器底座梁301与中间框架200通过扣重杆400连接，其中，均载器底座梁301与曲杠杆支点梁组件306以及纵杠杆支点梁组件307平行设置，支撑梁304与均载器底座梁301和曲杠杆支点梁组件306垂直并且将均载器底座梁301和曲杠杆支点梁组件306连接。纵杠杆支点梁组件307位于曲杠杆支点梁组件306下方并且通过过渡梁305连接。

支撑杆组件311一端通过底座双耳302固定在底座梁301上，支撑杆组件311另一端通过支点双耳310与曲杠杆支点梁组件306连接。311、301、310三个组合一起增加300的刚度。

均载器组件303与底座梁301固定连接，曲杠杆组件308的中间支点铰接在曲杠杆支点梁组件306上，纵杠杆组件309穿过纵杠杆支点梁组件307与纵杠杆支点梁组件307滑动连接。

如图6所示，均载器组件303包括均载器双耳303a、双向螺纹转接件303b、载荷传感器303c、均载器303d、均载器后端螺母303e、均载器后端垫圈303f、均载器后端衬套303g、均载器底座303h、均载器后端关节轴承303i、均载器后端螺栓303j、均载器前端螺栓303k、均载器前端衬套303l、均载器前端垫圈303m、均载器前端螺母303n。均载器组件的一端通过均载器底座303h连接于支撑梁304上，另一端通过均载器双耳303a上的均载器前端螺栓303k与曲杠杆308h连接。

如图7所示，曲杠杆支点梁组件306包括实心接头306a、加强板306b、曲杠杆支点梁306c。曲杠杆支点梁306c为两个角梁开口向外反向对称结构，两个角梁分别与实心接头306a固定连接，在曲杠杆支点梁306c的两个角梁之间设置有加强板306b。

如图8，纵杠杆支点梁组件307包括纵杠杆支点梁307a、纵杠杆支点滑轨盒307b、纵杠杆支点梁端头接头307c。纵杠杆支点梁307a为两个槽钢对接结构，纵杠杆支点梁端头接头307c将所述两个槽钢连接。纵杠杆支点滑轨盒307b设置在所述两个槽型刚内。

如图9，曲杠杆组件308包括盖板螺钉308a、关节轴承盖板308b、关节轴承308c、曲杠杆支点轴308d、曲杠杆支点衬套308e、曲杠杆支点盖板308f、曲杠杆支点关节轴承308g、曲杠杆308h、垫圈308i和螺母308j。曲杠杆组件308一端与均载器组件303连接，另一端为U型轨道与纵杠杆组件309连接，支点处与曲杠杆支点梁组件306连接，且每个连接处均安装有关节轴承。

如图10，纵杠杆组件309包括小圆螺母309a、垫圈309b、关节轴承309c、曲杠杆滚轮309d、纵杠杆309e、纵杠杆支点轴309f、纵杠杆支点滚轮309g、双列圆锥滚子轴承309h、垫圈309i、加载点轴309j、加载点衬套309k、加载点垫圈309l、加载点螺母309m、圆螺母止动垫圈309n、圆螺母309o、孔用挡圈309p。

如图11，支撑杆组件311包括左旋单耳311a、双向螺杆311b、右旋单耳311c、连接螺栓311d、垫圈311e、螺母311f。支撑杆组件311用于增加直边剪切框架300的刚度。

如图12，扣重杆400包括左旋单耳401、双向螺杆402、右旋双耳403、长连接轴404、短连接轴405、垫圈406、螺母407。

工作原理：

剪切载荷施加系统是自平衡的框架，直边剪切框架为主动加载装置，其安装在壁板两直边，对试验件直边施加大小相等方向相反的剪力。通过力矩平衡原理，中间框架200的测力杠杆209和固定端双耳214与试验件组件100的过渡段102相连接处会产生相应的大小相等方向相反的剪力。

当均载器304d回收时，曲杠杆308h绕曲杠杆支点轴308d转动，带动纵向杠杆309e绕纵杠杆支点轴309f转动，通过直边接头104对试验件直边施加剪切载荷。

当试验件因载荷产生变形，导致试验件角盒与杠杆系统相对位置改变时，纵向杠杆与曲杠杆接触处可沿纵杠杆支点滑轨盒307b上下移动，考虑到杠杆移动时会产生一定的角度偏移，在杠杆连接各点处均有关节轴承释放自由度。由于曲杠杆308h的U型导轨和纵杠杆支点滑轨盒307b均约束其沿试验件轴线位移，当均载器303d伸出时也可施加剪切载荷。

本发明提供的一种能够直接对曲面壁板施加剪切载荷的试验装置具有以下优点：

1.该装置采用整体自平衡框架的结构形式，对壁板试件施加剪切载荷时，自由边的剪应力满足剪切互等定理。

2.该装置是独立的、不与其它载荷加载装置发生干涉的自平衡整体剪切载荷加载装置。

3.该套装置采用均载器进行加载，简化加载装置的规模。

4.该套装置对壁板直边的加载方案采用多点分布的加载方法以获得比单点加载方法更好地均匀性。

5.该套装置中的曲边剪切组件的主体框架采用多段对接的方式构成，更换很少的部件即可适用不同尺寸的试验件。

6.该套装置不需要换装即可施加两个方向的剪切载荷。

7.该套装置在试验件因加载产生变形时不会施加额外的限制试验件变形的载荷。

8.该套装置可用于飞机大型机身壁板强度验证试验，为在研机型提供技术保障。

Claims (8)

1.一种曲面壁板剪切载荷加载装置，其特征在于，包括：中间框架(200)、两个对称的直边剪切框架(300)以及多个扣重杆(400)，直边剪切框架(300)包括均载器底座梁(301)、均载器组件(303)、支撑梁(304)、过渡梁(305)、曲杠杆支点梁组件(306)、纵杠杆支点梁组件(307)、曲杠杆组件(308)、纵杠杆组件(309)，其中，均载器底座梁(301)与曲杠杆支点梁组件(306)以及纵杠杆支点梁组件(307)平行设置，支撑梁(304)与均载器底座梁(301)和曲杠杆支点梁组件(306)垂直并且将均载器底座梁(301)和曲杠杆支点梁组件(306)连接，纵杠杆支点梁组件(307)位于曲杠杆支点梁组件(306)下方并且通过过渡梁(305)连接，均载器组件(303)与底座梁(301)固定连接，曲杠杆组件(308)的中间支点铰接在曲杠杆支点梁组件(306)上，纵杠杆组件(309)穿过纵杠杆支点梁组件(307)与纵杠杆支点梁组件(307)滑动连接；中间框架(200)整体为矩形框架并且与试验件组件(100)的曲边固定连接，均载器底座梁(301)与中间框架(200)通过多个扣重杆(400)连接，中间框架(200)的四个角通过法兰与直边剪切框架(300)的过渡梁(305)连接，纵杠杆组件(309)下端与试验件组件(100)的直边连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直边剪切框架(300)还包括：支撑杆组件(311)、底座双耳(302)、支点双耳(310)，支撑杆组件(311)一端通过底座双耳(302)固定在底座梁(301)上，支撑杆组件(311)另一端通过支点双耳(310)与曲杠杆支点梁组件(306)连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中间框架(200)包括矩形传力框架、固定端双耳(214)、测力杠杆(209)，其中，测力杠杆(209)的加载端以及固定端双耳(214)分别设置在所述矩形框架的一组对边上并且分别与试验件组件(100)的曲边连接，矩形传力框架的四个角设置有转接梁并且所述转接梁通过法兰与直边剪切框架(300)的过渡梁(305)连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，中间框架(200)还包括测力组件(208)，其中测力组件(208)的一端固定在测力杠杆(209)所在的中间框架(200)的横梁上并且另一端与测力杠杆(209)的测量端连接。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，中间框架(200)还包括设置在中间框架(200)上方的多个均匀分布的吊装板(212)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验件组件(100)包括试验件(101)、过渡段(102)、曲边角形件(103)和直边接头(104)，其中，在试验件(101)的两个曲边处均设置有过渡段(102)，试验件(101)和过渡段(102)通过曲边角形件(103)连接，过渡段(102)与试验件(101)连接处均设置有安装孔，其中一个安装孔与中间框架(200)的固定端双耳(214)固定，另一个安装孔与中间框架(200)的测力杠杆(209)加载端连接，在试验件(101)的直角边上均设置直边接头(104)，试验件组件(100)的直边通过直边接头(104)与纵杠杆组件(309)下端连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，曲杠杆组件(308)的弯折部设置有曲杠杆支点轴(308d)并且通过曲杠杆支点轴(308d)与曲杠杆支点梁组件(306)连接。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，曲杠杆组件(308)的一端作为加载点通过曲杠杆支点关节轴承(308g)与均载器组件(303)连接，曲杠杆组件(308)的另一端设置有U型轨道并且通过所述U型轨道与纵杠杆支点梁组件(307)连接。

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