CN114427963B - 一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法 - Google Patents

一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法，涉及航天器力学试验技术领域。其包括承力地轨、加载支撑梁、承力梁、承力机构和加载机构，承力地轨上布置第一加载支撑梁，第一承力梁配置在第一加载支撑梁上方，第二加载支撑梁安装在第一承力梁上方，第二承力梁固定在第二加载支撑梁上方，第三承力梁连接固定第二承力梁。承力机构包括承力螺杆、垫片、承力螺套与承力滑块，承力机构连接第三承力梁和承力地轨。第二承力梁上还设置第三加载支撑梁，第三加载支撑梁上配置第四承力梁，第四承力梁上设置加载机构，加载机构包括水平作动器、测力传感器和加载承力螺杆。利用平台可以在不转舱体的条件下完成大型舱体不同横向加载的考核。

Description

一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法
技术领域
本发明涉及航天器力学试验技术领域，尤其是一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法。
背景技术
航天器大型舱体结构试验件，通过静力试验考核其结构设计的合理性，暴露设计缺陷。试验过程为了模拟发射过程真实受载情况，需要在保持纵向加载方向不变情况下，需完成纵向、横向的同步加载考核后，另外在横向上还需要继续完成其他方向的记载考核，通常两次横向加载的方向呈直角关系。通常由于受到横向固定承力平台位置固定的限制，横向加载在调整加载方向时，往往需要转动试验试件，否则无法实现加载。
现有技术中，大型舱体静力试验需完成高质心、大载荷的横向考核，横向考核的两个方向上，可以采用常规的试验方法，需在完成一个方向的横向载荷后，依次拆除试验件上的舱内、外所有加载工装，分离舱体与下端试验基座连接，将舱体旋转90°，再依次安装另一横向加载舱内、外加载工装，通过固定的承力平台完成横向加载；横向加载方向转换过程中，需花费了大量时间，并增加了拆卸及安装过程中对舱体磕碰的风险。
为此需要对高尺寸大载荷并可调节的加载静力试验平台做进一步的改进，提高航天器大型舱体结构静力试验的效率及科学性。
发明内容
为了满足舱体结构不同横向的加载质心高度和载荷量级的考核要求，避免工况转换中的大量拆装给试验带来的不确定性风险和成本，提高试验的效率及科学性，本发明提供了一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法，具体技术方案如下。
一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，包括承力地轨、加载支撑梁、承力梁、承力机构和加载机构，所述承力地轨上布置有4个第一加载支撑梁，2个第一承力梁平行配置在第一加载支撑梁上方；4个第二加载支撑梁分别安装在第一承力梁上方，第二承力梁固定在第二加载支撑梁上方，第三承力梁连接固定第二承力梁；第二承力梁上还设置第三加载支撑梁，第三加载支撑梁上配置第四承力梁和第五承力梁，第四承力梁上设置加载机构；所述加载机构包括水平作动器、测力传感器和加载承力螺杆，水平作动器与第四承力梁垂直布置，测力传感器设置在加载承力螺杆和水平作动器之间；承力机构包括承力螺杆、承力螺套和承力滑块，承力机构连接第三承力梁和承力地轨。
优选的是，承力梁包括第一承力梁、第二承力梁、第三承力梁、第四承力梁和第五承力梁；加载支撑包括第一加载支撑梁、第二加载支撑梁和第三加载支撑。
优选的是，承力梁呈条形并排列布置有多个安装孔，所述第一加载支撑梁和第二加载支撑梁呈梯形，第三加载支撑呈台阶梯形。
优选的是，第五承力梁设置有2个，分别配置在第三加载支撑的顶端和侧面；所述第四承力梁设置在第三加载支撑的直线边上。
还优选的是，第一承力梁与试验基座接触连接；2个平行布置的第一承力梁之间的距离等于平行布置的第二承力梁之间的距离；第三加载支撑的底部还设置有加固梁。
还优选的是，承力机构还包括垫片和承力螺母，承力滑块与承力地轨相配合，承力螺杆通过承力螺套连接固定，承力螺套和第三承力梁上的安装孔通过垫片和承力螺母固定。
还优选的是，加载机构还包括铰链和加载连板，水平作动器通过加载连板固定在第四承力梁上，水平作动器的端部配置有测力传感器，加载承力螺杆通过铰链连接水平作动器。
一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力试验方法，利用上述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，步骤包括：试验舱体与试验基座配合，固定试验舱体内部和外部的加载工装，在试验舱体的纵向和横向同步加载，考核舱体结构的合理性；调整加载机构的位置，调整横向加载的方向，在试验舱体的纵向和横向同步加载，考核舱体结构的合理性。
进一步优选的是，调整后的横向加载方向与原横向同步加载方向呈90度。
进一步优选的是，加载机构的加载连板和承力梁定位并调整加载质心的位置，加载机构调节加载载荷大小。
本发明提供的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法有益效果是，利用了加载支撑梁、承力梁组合拼接的结构搭建试验支撑平台，拼接结构重量轻承载能力强，加载工装安装方便灵活，并且还可以实现多点横向加载考核的要求；承力机构和加载机构可拆装的连接方式灵活性更强，另外还可以通过调整加载机构的位置完成不同加载点载荷的施加，提高试验的效率及科学性。
附图说明
图1是静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台的结构示意图；
图2是承力平台的部分结构示意图；
图3是静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台的安装结构示意图；
图4是试验舱体安装结构示意图；
图5是加载的试验示意图；
图中：1-承力地轨，2-加载支撑梁，3-承力梁，4-承力机构，5-加载机构，6-试验舱体，7-试验基座；
21-第一加载支撑梁，22-第二加载支撑梁，23-第三加载支撑；
31-第一承力梁，32-第二承力梁，33-第三承力梁，34-第四承力梁，35-第五承力梁，36-加固梁，37-安装孔；
41-承力螺杆，42-承力螺套，43-承力滑块，44-垫片，45-承力螺母；
51-水平作动器，52-测力传感器，53-加载承力螺杆，54-铰链，55-加载连板。
具体实施方式
结合图1至图5所示，对本发明提供的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台及试验方法的具体实施方式进行说明。
一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，包括承力地轨1、加载支撑梁2、承力梁3、承力机构4和加载机构5，承力地轨上搭载承力平台方便试验舱体的安装，加载支撑梁和承力梁的结构组合结构为试验方便了静力加载试验中纵向和横向加载的调整，承力机构和加载机构可以灵活的调整位置，提高了试验的效率及科学性。
其中，多个加载支撑梁2和承力梁3由下至上分层搭建，部分结构之间可以通过焊接固定。承力地轨1上布置有4个第一加载支撑梁21，2个第一承力梁31平行配置在第一加载支撑梁21上方，第一承力梁31之间的距离等于第一加载支撑梁21的安装宽度。4个第二加载支撑梁22分别安装在第一承力梁上方，第二承力梁32固定在第二加载支撑梁上方，第三承力梁33连接固定第二承力梁32，第三承力梁33和第二承力梁32之间可以是焊接也可以根据需要使用螺钉连接。第二承力梁32上还设置第三加载支撑梁22，第三加载支撑梁22上配置第四承力梁34和第五承力梁35，第四承力梁34上设置加载机构5，加载机构5确定加载质心的位置。
加载机构5包括水平作动器51、测力传感器52和加载承力螺杆53，水平作动器51与第四承力梁34垂直布置，测力传感器52设置在加载承力螺杆53和水平作动器51之间，水平作动器51根据需要施加不同大小的载荷。承力机构4包括承力螺杆41、承力螺套42和承力滑块43，承力机构4连接第三承力梁33和承力地轨1，承力机构4和第四承力梁34连接并配合纵向载荷施加，第四承力梁34上的安装孔37沿承力螺杆的布置方向设置。
承力梁3包括第一承力梁31、第二承力梁32、第三承力梁33、第四承力梁34和第五承力梁35等，加载支撑2包括第一加载支撑梁21、第二加载支撑梁22和第三加载支撑23。承力梁3呈条形并在承力梁上排列布置有多个安装孔37，方便加载机构和加载工装的安装。第一加载支撑梁21和第二加载支撑梁22呈梯形，4个第一加载支撑梁两两对称布置，其梯形斜边在内侧即第一承力梁的中间一侧；第三加载支撑23呈台阶梯形，上梯形和下梯形罗列布置，上梯形和下梯形的直角边在同侧。第五承力梁35设置有2个，分别配置在第三加载支撑23的顶端和侧面，两个第五承力梁35可以交错布置，根据试验舱体结构的尺寸等参数具体确定，还可以根据实际需要调整。第四承力梁34设置在第三加载支撑23的直线边上，可以上下调整，从而确定加载质心高度。第一承力梁31与试验基座接触连接，试验基座用于配合试验舱体的安装。2个平行布置的第一承力梁31之间的距离等于平行布置的第二承力梁32之间的距离，保证了承力平台上下结构的一致性和稳定性，第三加载支撑23的底部还设置有加固梁36，进一步保证了第三加载支撑结构的稳定性。
承力机构4还包括垫片44和承力螺母45，承力滑块43与承力地轨1相配合固定安装，承力螺杆41通过承力螺套42连接固定，多节承力螺杆41连接与第三承力梁33的高度相配合，承力螺套42和第三承力梁33上的安装孔37通过垫片和承力螺母固定。承力螺杆41沿平行的直线连接固定第三承力梁33和承力地轨1，两条承力螺杆41之间的距离小于第三承力梁33的长度，同时该距离还小于第二承力梁32之间的距离。该承力机构4保证了平台整体加载过程的稳定性，施加竖向载荷时平台结构的承载能力更大，扩大的考核试验范围。同时该承力结构的拆装也更加灵活，保证了高尺寸大载荷试验舱体加载的灵活性。
加载机构5还包括铰链54和加载连板55，水平作动器51通过加载连板55固定在第四承力梁34上，可以是通过螺栓螺母等结构固定加载连板55和承力梁3，承力梁上的安装孔37可以准确的定位安装。水平作动器51的端部配置有测力传感器52，可以确定加载的大小，加载承力螺杆53通过铰链54连接水平作动器51，从而可以实现灵活的加载，适应试验舱体的结构。第四承力梁34与第三加载支撑23之间的相对位置也可以根据需要调节，从而调整加载质心的位置，水平作动器可以任意调节载荷大小，精确的实现对试验舱体的考核。
一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力试验方法，利用上述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，步骤包括：搭建承力平台，承力平台的搭建包括加载支撑和承力梁的安装，以及承力机构和加载机构的配置安装。进行试验时，先将试验舱体与试验基座相配合，安装固定试验舱体，再固定试验舱体内部和外部的加载工装，根据舱体的考核要求，模拟真实受载情况，在试验舱体的纵向和横向同步加载，考核舱体结构的合理性。调整加载机构的位置，以及横向加载的方向，在试验舱体的纵向和横向同步加载，考核舱体结构的合理性。在改变加载方向的过程中不需要进行全部加载工装的拆装，也不需要旋转舱体，提升了考核的试验效率。
在上述试验方法中了，先后进行了两次加载考核，第一次加载中横向加载方向为原横向同步加载方向，第二次加载中的横向加载方向为调整后的横向加载方向，调整后的横向加载方向与原横向同步加载方向呈90度。加载机构的加载连板和承力梁定位并调整加载质心的位置，加载机构可以调节加载载荷大小。
该试验平台及方法利用了加载支撑梁、承力梁组合拼接的结构搭建试验支撑平台，拼接结构重量轻承载能力强，加载工装安装方便灵活，并且还可以实现多点横向加载考核的要求；承力机构和加载机构可拆装的连接方式灵活性更强，另外还可以通过调整加载机构的位置完成不同加载点载荷的施加，提高试验的效率及科学性。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，包括承力地轨、加载支撑梁、承力梁、承力机构和加载机构，所述承力地轨上布置有4个第一加载支撑梁，2个第一承力梁平行配置在第一加载支撑梁上方；4个第二加载支撑梁分别安装在第一承力梁上方，第二承力梁固定在第二加载支撑梁上方，第三承力梁连接固定第二承力梁；第二承力梁上还设置第三加载支撑梁，第三加载支撑梁上配置第四承力梁和第五承力梁，第四承力梁上设置加载机构；所述加载机构包括水平作动器、测力传感器和加载承力螺杆，水平作动器与第四承力梁垂直布置，测力传感器设置在加载承力螺杆和水平作动器之间；承力机构包括承力螺杆、承力螺套和承力滑块，承力机构连接第三承力梁和承力地轨。
2.根据权利要求1所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，所述承力梁包括第一承力梁、第二承力梁、第三承力梁、第四承力梁和第五承力梁；加载支撑包括第一加载支撑梁、第二加载支撑梁和第三加载支撑。
3.根据权利要求2所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，所述承力梁呈条形并排列布置有多个安装孔，所述第一加载支撑梁和第二加载支撑梁呈梯形，第三加载支撑呈台阶梯形。
4.根据权利要求2所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，所述第五承力梁设置有2个，分别配置在第三加载支撑的顶端和侧面；所述第四承力梁设置在第三加载支撑的直线边上。
5.根据权利要求2所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，所述第一承力梁与试验基座接触连接；2个平行布置的第一承力梁之间的距离等于平行布置的第二承力梁之间的距离；第三加载支撑的底部还设置有加固梁。
6.根据权利要求1所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，所述承力机构还包括垫片和承力螺母，承力滑块与承力地轨相配合，承力螺杆通过承力螺套连接固定，承力螺套和第三承力梁上的安装孔通过垫片和承力螺母固定。
7.根据权利要求1所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，所述加载机构还包括铰链和加载连板，水平作动器通过加载连板固定在第四承力梁上，水平作动器的端部配置有测力传感器，加载承力螺杆通过铰链连接水平作动器。
8.一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力试验方法，利用权利要求1至7任一项所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力平台，其特征在于，步骤包括：试验舱体与试验基座配合，固定试验舱体内部和外部的加载工装，在试验舱体的纵向和横向同步加载，考核舱体结构的合理性；调整加载机构的位置，调整横向加载的方向，在试验舱体的纵向和横向同步加载，考核舱体结构的合理性。
9.根据权利要求8所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力试验方法，其特征在于，所述调整后的横向加载方向与原横向同步加载方向呈90度。
10.根据权利要求8所述的一种静力试验高尺寸大载荷可调节承力试验方法，其特征在于，所述加载机构的加载连板和承力梁定位并调整加载质心的位置，加载机构调节加载载荷大小。
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