CN114441343A - 一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统及对中控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于点阵夹芯机构的低速冲击测试系统，包括两侧平行设有滑槽的测试台以及布置在测试台上的夹持机构，夹持机构包括一对布置在测试台上与两侧滑槽配合移动的基座，两个基座内侧带有竖向夹板，基座顶部带有直线导轨，以及一对沿直线导轨相对移动的滑动块，两个基座之间架设有垂直于操作台的横向夹板，横向夹板两侧分别穿套在滑动块上,横向夹板与竖向夹板上均带有用于反馈被测材料受力情况的压力传感器；夹持机构还带有为基座与滑动块移动提供动力的传动装置。本发明还提供了一种对中控制方法。通过该方法可以快速完成材料的自动对中定位，同时保证材料受到的夹持力与预夹紧力相等，从而提高材料力学性能评估的准确性。

Description

一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统及对中控制方法
技术领域
本发明涉及点阵夹芯结构的力学性能测试技术领域，尤其涉及一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统及对中控制方法。
背景技术
点阵夹芯结构性能优异，具有高强度、高比刚度以及低密度的优势。在工程应用中实现轻量化，以减轻结构的重量，在航空航天、国防军工和新能源汽车等领域开始备受关注。而作为轻量化结构在运输、服役和维护过程中不可避免地承受低速冲击载荷，对结构安全性造成威胁。因此，无论点阵夹芯结构应用于哪个领域，研究其低速冲击性能响应都具有重要的意义。
现有的低速冲击试验装置根据某一特定的结构，配备的标准夹具尺寸是固定的。如果要研究不同尺寸结构件的性能，则需要专门定制工装夹具，不仅降低了试验效率，也会增加试验成本。此外，现有的夹具很难精准定位到冲击试件的中心位置，使得冲击过程中力学响应不准确，从而影响评估其抗冲击性能。
专利文献CN110031294A公开了一种点阵夹芯结构侧压试验装置，该试验装置包括加紧部分、对中加载部分和测量部分；通过各个组件的配合完成点阵夹芯结构的对中定位，并通过引伸计来测量夹具与点阵夹芯结构之间的示数差值判定是否完成定位。
但是该装置是通过人力转动两侧的螺母调节夹具的间距，其定位效果以及预夹紧力并不准确，会影响最终的测试结果；此外体积较大的点阵夹芯结构并不适用于该装置。
专利文献CN107576567B公开了一种用于点阵夹芯复合材料薄板力学性能复合测试的实验平台以及测试方法，实验平台包括通过螺栓组固定的夹具：用于进行拉伸试验的拉伸模块，包括动载物台、静载物台以及驱动动载物台的电机与丝杠装置；用于进行平压测验的平压模块，包括支撑试件的质量块、连接质量块的连接板、支撑试件的支撑装置及驱动质量块的电机与丝杠装置；用于进行弯曲试验的弯曲模块；用于进行侧压试验的侧压模块。该装置通过上述模块互相组合的方式完成各种关于点阵夹芯符合材料薄板的力学性能测试。
但是该装置没有考虑预夹紧力对测试结果的影响；同时该装置为箱体式测试装置，对于较大体积的点阵夹芯结构材料并不适用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统，该系统通过夹持机构与传动机构的协同配合，完成被测材料的自动对中定位；同时通过传感器反馈的数据，设定夹紧所需的预夹紧力，从而提高被测材料力学性能评估结果的准确性。
一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统，包括两侧平行设有滑槽的测试台以及布置在测试台上的夹持机构，所述夹持机构包括一对布置在测试台上与两侧所述滑槽配合移动的基座，两个基座内侧带有竖向夹板，所述基座顶部带有直线导轨，以及一对沿直线导轨相对移动的滑动块，两个基座之间架设有垂直于操作台的横向夹板，横向夹板两侧分别穿套在所述滑动块上,横向夹板与竖向夹板上均带有用于反馈被测材料受力情况的压力传感器；所述夹持机构还带有为基座与滑动块移动提供动力的传动装置。
使用时，只需将被测材料放在夹持机构中间，通过夹持机构与传动装置的协同配合，完成自动对中定位；同时通过传感器反馈的数据，设定夹紧所需的预夹紧力，从而提高被测材料力学性能评估的准确性。
优选的，所述传动装置包括一对沿滑槽方向、分别穿套在基座两端的第一螺纹丝杠，一对沿直线导轨方向穿设在两个滑动块的第二螺纹丝杠，为第一螺纹丝杠与第二螺纹丝杠提供动力的伺服电机以及配套使用的带轮组，其中所述滑动块顶部带有与所述第二螺纹丝杠配合使用的螺纹套筒，通过螺纹丝杠与伺服电机的协同配合，从而分别完成基座与滑动块的相对移动。
优选的，与所述第二螺纹丝杠配套使用的带轮组还带有同步带张紧轮，避免在基座在移动过程中，因为相对距离的变化造成第二螺纹丝杠的带轮组打滑或过于紧绷的问题。
优选的，还包括控制系统以及与控制系统配合使用的人机界面，所述控制系统包括：
输入模块，用于设置预夹紧力，以及冲击测试时冲击力与冲击速度；
伺服驱动模块，用于控制伺服电机的输出功率；
传感器模块，用于控制传感器与收集传感器反馈的数据，并输出到人机界面；
协调模块，基于输入模块与传感器模块的参数，向伺服驱动模块发送控制指令。
优选的，所述横向夹板与所述竖向夹板均带有用于测量两板之间相对距离的红外线检测装置，通过传感器模块控制，并将测量结果输出到人机界面。
基于上述系统本发明还提供了一种对中控制方法，通过该方法可以快速完成点阵夹芯结构的对中工作，同时保证被测材料受到的夹持力与预设的预夹紧力相等。
一种基于上述低速冲击测试系统的对中控制方法，包括：
S1设置夹持固定时的预夹紧力，冲击测试时冲击力以及冲击速度；
S2将被测材料放置在测试台中心后，启动夹持机构，对被测材料的位置进行自动对中调整；
S3完成被测材料的固定夹紧后，启动冲击试验机，对被测材料进行冲击测试；
S4根据测试结果，对被测材料的力学性能进行评估。
优选的，所述S2中自动对中调整是基于压力传感器反馈的压力大小，控制伺服电机输出功率。
具体的，所述基于压力传感器反馈的数据大小，控制伺服电机输出功率，具体为：
当只检测到一侧夹板有压力反馈时，则提高伺服电机的输出功率；
当检测到两侧夹板有不同大小的压力反馈时，则降低伺服电机的输出功率；
当检测到两侧夹板有相同大小的压力反馈时，则保持伺服电机的输出功率，直至两侧夹板的反馈压力大小与设置的预夹紧力相等时，完成对中调整。
具体的，所述S4中被测材料的力学性能包括抗压强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)通过基座的竖向夹板与滑动块的横向夹板与传动装置的协同配合，使得该系统能满足各种尺寸点阵夹芯结构的对中需求。
(2)通过压力传感器与伺服电机的协同配合，节省了人工对中调整的时间，同时保证了被测材料受到的夹持力等于预设的预夹紧力。
(3)通过压力传感器与红外线检测装置的协同配合，使得最终测试评估结果更加准确。
附图说明
图1为本发明提供的低速冲击测试系统的结构示意图；
图2为夹持机构的结构示意图；
图3为夹持机构的第一传动装置的结构示意图；
图4为夹持机构的第二传动装置的结构示意图；
图5为控制系统的框架示意图；
图中，1、冲击试验机；2、夹持机构；3、操作台；4、第一传动装置；5、第二传动装置；6、第一螺纹丝杠；7、滑槽；8、基座；9、竖向夹板；10、直线导轨；11、横向夹板；12、第二螺纹丝杠；13、连杆；14、滑动块；15、第一伺服电机；16、第二伺服电机；17、同步带张紧轮。
具体实施方式
如图1所示，一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统，包括用于进行冲击测试的冲击试验机1、用于放置被测材料的测试台3以及布置在测试台3上的夹持机构2。
如图2所示，夹持机构包括一对布置在测试台3上与两侧滑槽7配合移动的基座8，两个基座8内侧带有竖向夹板9，其中基座8两端底部带有与滑槽7滑动配合的限位块；
基座8顶部带有直线导轨10，以及一对与沿直线导轨10相对移动的滑动块14，两个基座8之间还设架设有垂直于操作台3的横向夹板11，横向夹板11两侧带有连杆13，通过连杆13分别穿套在两侧基座8的滑动块14上。
其中，横向夹板11与竖向夹板9上均带有用于反馈被测材料受力情况的压力传感器，与用于测量两板之间相对距离的红外线检测装置。
夹持机构2还带有驱动基座8移动的第一传动机构4与驱动滑动块14的第二传动机构5。
如图3所示，第一传动装置4包括一对沿滑槽7方向、分别穿套在基座8两端的第一螺纹丝杠6，为第一螺纹丝杠6提供动力的第一伺服电机15以及配套使用的带轮组：当第一伺服电机15工作时，通过竖向夹板9所在的两个基座8沿着滑槽7方向做相对运动，从而完成被测材料的竖向夹持。
如图4所示，第二传动装置5包括一对沿直线导轨10方向穿设在两个滑动块14的第二螺纹丝杠12，为第二螺纹丝杠12提供动力的第二伺服电机16以及配套使用的皮带轮，其中滑动块14顶部带有与第二螺纹丝杠12配合使用的螺纹套筒：当第二伺服电机16工作时，通过横向夹板11两侧的滑动块14沿着直线导轨10方向做相对运动，完成被测材料的横向夹持。
同时与第二螺纹丝杠12配套使用的皮带轮中还带有同步带张紧轮17，解决了由于两个基座8做相对运动时产生的相对位置变化，导致的同步带过于张紧或过松而影响横向夹持的问题。
该系统还带有控制系统与配套使用的人机界面，如图5所示，包括：
输入模块，用于设置夹持固定时的预夹紧力，以及冲击测试时冲击力与冲击速度；
伺服驱动模块，用于控制伺服电机的输出功率；
传感器模块，用于控制传感器与收集传感器反馈的数据，并输出到人机界面；
协调模块，基于输入模块与传感器模块的参数，向伺服驱动模块发送控制指令。
基于上述系统，本实施例提出一种对中控制方法：
S1设置夹持固定时的预夹紧力，冲击测试时冲击力以及冲击速度；
S2将点阵夹芯结构放置在测试台中心后，启动夹持机构，基于压力传感器反馈的压力大小，控制伺服电机输出功率完成自动对中调整：
当只检测到一侧夹板有压力反馈时，则提高伺服电机的输出功率；
当检测到两侧夹板有不同大小的压力反馈时，则降低伺服电机的输出功率；
当检测到两侧夹板有相同大小的压力反馈时，则保持伺服电机的输出功率，直至两侧夹板的反馈压力大小与设置的预夹紧力相等时，完成对中调整；
S3完成点阵夹芯结构的固定夹紧后，启动冲击试验机，对点阵夹芯结构进行冲击测试；
S4通过压力传感器获取点阵夹芯结构与四周夹板之间的压力变化，通过红外线检测装置测得每对夹板之间的相对位置变化，基于上述参数对点阵夹芯结构的抗压强度进行评估。

Claims (9)

1.一种用于点阵夹芯结构的低速冲击测试系统，包括两侧平行设有滑槽的测试台以及布置在测试台上的夹持机构，其特征在于，所述夹持机构包括一对布置在测试台上与两侧所述滑槽配合移动的基座，两个基座内侧带有竖向夹板，所述基座顶部带有直线导轨，以及一对沿直线导轨相对移动的滑动块，两个基座之间架设有垂直于操作台的横向夹板，横向夹板两侧分别穿套在所述滑动块上，横向夹板与竖向夹板上均带有用于反馈被测材料受力情况的压力传感器；所述夹持机构还带有为基座与滑动块移动提供动力的传动装置。
2.根据权利要求1所述的低速冲击测试系统，其特征在于，所述传动装置包括一对沿滑槽方向、分别穿套在基座两端的第一螺纹丝杠，一对沿直线导轨方向穿设在两个滑动块的第二螺纹丝杠，为第一螺纹丝杠与第二螺纹丝杠提供动力的伺服电机以及配套使用的带轮组。
3.根据权利要求2所述的低速冲击测试系统，其特征在于，与所述第二螺纹丝杠配套使用的带轮组还带有同步带张紧轮。
4.根据权利要求1或2所述的低速冲击测试系统，其特征在于，还包括控制系统以及与控制系统配合使用的人机界面，所述控制系统包括：
输入模块，用于设置预夹紧力，以及冲击测试时冲击力与冲击速度；
伺服驱动模块，用于控制伺服电机的输出功率；
传感器模块，用于控制传感器与收集传感器反馈的数据，并输出到人机界面；
协调模块，基于输入模块与传感器模块的参数，向伺服驱动模块发送控制指令。
5.根据权利要求1所述的低速冲击测试系统，其特征在于，所述横向夹板与所述竖向夹板均带有用于测量两板之间相对距离的红外线检测装置，通过传感器模块控制，并将测量结果输出到人机界面。
6.一种基于权利要求1-5任一所述的低速冲击测试系统的对中控制方法，其特征在于，包括：
S1设置夹持固定时的预夹紧力、冲击测试时的冲击力以及冲击速度；
S2将被测材料放置在测试台中心后，启动夹持机构，对被测材料的位置进行自动对中调整；
S3完成被测材料的固定夹紧后，启动冲击试验机，对被测材料进行冲击测试；
S4根据测试结果，对被测材料的力学性能进行评估。
7.根据权利要求6所述的低速冲击测试系统的对中控制方法，其特征在于，所述S2中自动对中调整是基于压力传感器反馈的压力大小，控制伺服电机输出功率。
8.根据权利要求7所述的低速冲击测试系统的对中控制方法，其特征在于，所述基于压力传感器反馈的压力大小，控制伺服电机输出功率，具体为：
当只检测到一侧夹板有压力反馈时，则提高伺服电机的输出功率；
当检测到两侧夹板有不同大小的压力反馈时，则降低伺服电机的输出功率；
当检测到两侧夹板有相同大小的压力反馈时，则保持伺服电机的输出功率，直至两侧夹板的反馈压力大小与设置的预夹紧力相等时，完成对中调整。
9.根据权利要求6所述的低速冲击测试系统的对中控制方法，其特征在于，所述S4中被测材料的力学性能包括抗压强度。
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