CN114509250B - 一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空材料和结构的试验装备技术领域，具体涉及一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，包括：固定架，其包括两块第一L型板；滚轮架，其包括两块第二L型板，且两块第二L型板之间设有多个辊子；活动板，活动设置在两块第二L型板之间，并分别与两侧的辊子滑动接触；航空壁板试验件，一端与固定架固定，另一端端部与活动板固定；液压作动筒，用于为航空壁板试验件传递拉‑拉常规疲劳载荷；激振器，用于对航空壁板试验件施加垂直振动载荷。本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，能够为航空壁板结构的常规疲劳与振动疲劳联合加载试验提供保障，为常规疲劳与振动载荷耦合影响的分析方法研究提供试验验证。

Description

一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置

技术领域

本申请属于航空材料和结构的试验装备技术领域，具体涉及一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置。

背景技术

在现代战斗机等飞机的研制中，常规疲劳与振动载荷耦合作用的结构破坏模式成为了飞机结构的主要破坏模式之一，随着飞机长寿命和低维护成本设计要求的进一步提高，这种结构破坏模式和设计研究将成为制约我国战斗机战斗力和出勤率的关键因素，是飞机型号研制和部队使用必须解决的技术问题。目前，国内还没有建立基于常规疲劳与振动载荷耦合影响的分析方法和技术，飞机常规疲劳与振动疲劳的分析和试验是分开进行的。

要想实现航空壁板结构常规疲劳与振动载荷联合加载，其技术难点在于两种载荷之间的耦合交叉影响，主要表现为：

(1)常规疲劳载荷施加在结构上会引起结构在面内方向的往复运动，而振动载荷施加时需要相对稳定的加载点，因此此时再施加振动载荷会比较困难；

(2)振动载荷作用下壁板结构会激起弯曲或剪切模态，也会对面内拉拉载荷的施加造成困难。

因此，在联合加载时要保证：夹持壁板试验件两端的钢板刚度要足够大，不易变形，以保证常规疲劳载荷尽量施加在平面内；常规疲劳载荷下试验件的变形不能太大，以保证振动载荷的加载点位移足够小。

发明内容

为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本申请提供了一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置。

本申请公开了一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，包括：

固定架，所述固定架包括两块第一L型板，两块第一L型板分别通过其第一水平底板与地轨固定连接，两块第一L型板的第一竖直侧板相互平行且具有间隙，另外，在两块第一竖直侧板上对应位置处开始有第一固定孔；

滚轮架，所述滚轮架包括两块第二L型板，两块第二L型板分别通过其第二水平底板与地轨固定连接，两块第二L型板的第二竖直侧板相互平行，且在两块第二竖直侧板的彼此相对的面上，对称设置有多个辊子，所述辊子的轴线与第二竖直侧板表面平行，另外，位于两侧相对的两个辊子之间具有间隙；

活动板，所述活动板竖直设置在两块所述第二竖直侧板上对应两侧辊子之间形成的间隙中，并分别与两侧的辊子滑动接触；

航空壁板试验件，所述航空壁板试验件沿竖直方向设置，并与所述活动板位于同一竖直平面内，所述航空壁板试验件的一端端部伸入两块所述第一竖直侧板之间的间隙中，并通过与所述第一固定孔适配的螺栓进行固定，所述航空壁板试验件的另一端端部与所述活动板一端端部进行固定；

液压作动筒，所述液压作动筒固定设置在所述滚轮架的背向所述固定架的一侧，并与所述活动板连接，用于通过所述活动板在面内方向为所述航空壁板试验件传递拉-拉常规疲劳载荷；

激振器，所述激振器固定设置在地轨上，且位于所述航空壁板试验件的一侧，用于通过其激振杆对所述航空壁板试验件施加垂直于面内方向的振动载荷。

根据本申请的至少一个实施方式，所述的联合加载装置还包括：

第一底板，所述第一底板与地轨固定连接，所述固定架通过其第一水平底板与所述第一底板固定连接。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述固定架的第一水平底板上开设有多个条形的固定架安装孔，并通过适配的螺栓穿过所述固定架安装孔后与所述第一底板固定连接。

根据本申请的至少一个实施方式，所述的联合加载装置还包括：

第二底板，所述第二底板与地轨固定连接，且其上表面开设有直线形式的凹槽，其中，所述滚轮架通过其第二水平底板与所述第二底板固定连接，另外，所述活动板的竖直底面能够内嵌在所述第二底板的凹槽中，并可在所述凹槽中沿其长度方向滑动。

根据本申请的至少一个实施方式，所述滚轮架的第二水平底板上开设有多个条形的滚轮架安装孔，并通过适配的螺栓穿过所述滚轮架安装孔后与所述第二底板固定连接。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述固定架的第一水平底板与第一竖直侧板之间的直角处，沿竖直方向设置有分别与第一水平底板和第一竖直侧板固定连接的第一加强筋。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述滚轮架的第二水平底板与第二竖直侧板之间的直角处，沿竖直方向设置有分别与第二水平底板与第二竖直侧板固定连接的第二加强筋。

根据本申请的至少一个实施方式，所述航空壁板试验件的另一端端部通过压板和螺栓与所述活动板的一端端部进行固定。

根据本申请的至少一个实施方式，所述辊子是通过上下两侧的联接板固定在对应侧的所述第二竖直侧板上。

根据本申请的至少一个实施方式，所述辊子的数量为四个，两两对称设置在两块所述第二竖直侧板上。

本申请至少存在以下有益技术效果：

1)本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，可用于常规疲劳与振动载荷的联合加载，为航空壁板结构的常规疲劳与振动疲劳联合加载试验提供保障，为常规疲劳与振动载荷耦合影响的分析方法研究提供试验验证，其测试结果还可以为各类航空壁板的强度安全评估和设计改型提供验证和支撑；

2)本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，既保证了常规疲劳载荷施加在试验件的面内，又保证了振动载荷垂直作用在试验件一固定点上；

3)本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置中，夹具设计简单，加载方式简单，拆卸方便，避免使用大型复合加载设备；

4)本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，可以单独施加常规疲劳载荷，也可以单独施加振动载荷，也可以进行常规疲劳和振动载荷的联合加载，且联合加载点可以根据项目需要进行相应调整。

附图说明

图1是本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置的结构示意图；

图2是本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置中夹具部分的结构示意图；

图3是本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置中固定架的结构示意图；

图4是本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置中滚轮架的结构示意图；

图5是本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置中第二底板的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

如图1-图5所示，本申请公开了一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，用于对航空壁板试验件4进行联合加载，可以包括固定架1、滚轮架2、活动板3、液压作动筒5以及激振器6。

具体的，如图3所示，固定架1包括两块第一L型板，两块第一L型板分别通过其第一水平底板101与地轨(例如实验室的地轨)固定连接，两块第一L型板的第一竖直侧板102相互平行且具有间隙，另外，在两块第一竖直侧板102上对应位置处开始有第一固定孔103。可以理解的是，在一些实施例中，固定架1也可以通过其他方式固定在地轨上，例如还可以包括第一底板7；第一底板7与地轨先通过螺栓固定连接，固定架1再通过其第一水平底板101与第一底板7固定连接；具体的，是在固定架1的第一水平底板101上开设有多个条形的固定架安装孔104，并通过适配的螺栓穿过所述固定架安装孔104后与第一底板7固定连接。

如图4所示，滚轮架2包括两块第二L型板，两块第二L型板分别通过其第二水平底板201与地轨固定连接，两块第二L型板的第二竖直侧板202相互平行，可以看出，第二L型板一方面为航空壁板试验件4提供垂直于面内方向的约束，另一方面作为与地轨或第二底板8连接固定的部件。进一步，在两块第二竖直侧板202的彼此相对的面上，对称设置有多个辊子203，辊子203的轴线与第二竖直侧板202表面平行，另外，位于两侧相对的两个辊子202之间具有间隙。

可以理解的是，辊子203的数量可以根据需要进行适合的选择，并且其与第二竖直侧板202的连接方式也可以为多种形式，本实施例中，优选辊子203的数量为四个，两两对称设置在两块第二竖直侧板202上；进一步，优选辊子202是通过上下两侧的联接板206固定在对应侧的第二竖直侧板202上。

活动板3竖直设置在两块第二竖直侧板202上对应两侧辊子202之间形成的间隙中，并分别与两侧的辊子202滑动接触。同样可以理解的是，两侧的辊子202不仅为活动板3提供垂直于面内方向的支撑和约束，而且可以放开活动板3在面内方向的自由度，随着活动板3的移动(或在凹槽801内的移动)而滚动。因此，辊子202与活动板3的间隙要合适，间隙过大会造成活动板3在垂直面内方向的摆动，间隙过小会增加活动板3与辊子202之间的摩擦力，影响拉拉常规疲劳载荷的施加效率。

航空壁板试验件4沿竖直方向设置，并与活动板3位于同一竖直平面内，航空壁板试验件4的一端端部伸入两块第一竖直侧板102之间的间隙中，并通过与第一固定孔103适配的螺栓进行固定，航空壁板试验件4的另一端端部与活动板4一端端部进行固定。进一步，本实施例中优选航空壁板试验件4的另一端端部通过压板9和螺栓与活动板3的一端端部进行固定。

液压作动筒5通过对应的支架固定设置在地轨上，且位于滚轮架2的背向固定架1的一侧，并与活动板3连接，用于通过活动板3在面内方向为航空壁板试验件4传递拉-拉常规疲劳载荷。

激振器6同样可以通过对应的支架固定设置在地轨上，且位于航空壁板试验件4的一侧，用于通过其激振杆对航空壁板试验件4施加垂直于面内方向的振动载荷。

同样的，在一些实施例中，活动板3也可以通过其他方式固定在地轨上，例如还可以包括第二底板8；第二底板8与地轨先通过螺栓固定连接，且其上表面开设有直线形式的凹槽801；其中，滚轮架2通过其第二水平底板21与第二底板8固定连接，具体的，是在滚轮架2的第二水平底板201上开设有多个条形的滚轮架安装孔204，并通过适配的螺栓穿过滚轮架安装孔204后与第二底板8固定连接。进一步，活动板3的竖直底面能够内嵌在第二底板8的凹槽801中，并可在凹槽801中沿其长度方向水平滑动，由于活动板3一侧连接航空壁板试验件4，另外一侧连接液压作动筒5，因此能够在面内方向为航空壁板试验件4传递拉-拉常规疲劳载荷，并且，为了减小活动板水平滑动时的摩擦力，可以在凹槽801内滴入少许润滑油。

进一步，为提高本申请的上述固定架1和滚轮架2的结构稳定性，如图3所示，优选在固定架1的第一水平底板101与第一竖直侧板102之间的直角处，沿竖直方向设置有分别与第一水平底板101和第一竖直侧板102固定连接的第一加强筋105。以及如图4所示，优选在滚轮架2的第二水平底板201与第二竖直侧板202之间的直角处，沿竖直方向设置有分别与第二水平底板201与第二竖直侧板202固定连接的第二加强筋205。

综上所述，本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置中，固定架1用于固定航空壁板试验件4的一端，滚轮架2用于固定航空壁板试验件4的另一端，并保证壁板面内方向的自由度不受约束，可以施加面内方向的常规疲劳拉-拉载荷，2套底板(即第一底板7、第二底板8)用于将固定架1、滚轮架2分别固定在实验室的地轨上，压板9用于联接航空壁板试验件4与滚轮架2。

本申请的用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置工作原理如下：

航空壁板试验件4一端固定在固定架1上，另外一端固定在滚轮架2中间的活动板3上。液压作动筒5与活动板3另外一端联接，活动板3受到液压作动筒5施加的拉拉载荷时可在第二底板8的凹槽801滑动，因此可通过活动板3带动航空壁板试验件4在面内方向水平移动，在面内方向对航空壁板试验件4施加常规疲劳载荷；激振器6的激振杆末端通过吸盘胶接在航空壁板试验件4上，激振器6通过激振杆对航空壁板试验件4施加垂直于面内方向的振动载荷，实现航空壁板试验件4的常规疲劳和振动载荷联合加载，重现航空壁板结构的常规疲劳和振动载荷耦合受力状态。

需要注意的是，为了对航空壁板试验件4更好得施加振动载荷，激振器6工作时必须固定。

综上所述，

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于航空壁板的常规疲劳与振动载荷联合加载装置，其特征在于，包括：

固定架(1)，所述固定架(1)包括两块第一L型板，两块第一L型板分别通过其第一水平底板(101)与地轨固定连接，两块第一L型板的第一竖直侧板(102)相互平行且具有间隙，另外，在两块第一竖直侧板(102)上对应位置处开始有第一固定孔(103)；

滚轮架(2)，所述滚轮架(2)包括两块第二L型板，两块第二L型板分别通过其第二水平底板(201)与地轨固定连接，两块第二L型板的第二竖直侧板(202)相互平行，且在两块第二竖直侧板(202)的彼此相对的面上，对称设置有多个辊子(203)，所述辊子(203)的轴线与第二竖直侧板(202)表面平行，另外，位于两侧相对的两个辊子(202)之间具有间隙；

活动板(3)，所述活动板(3)竖直设置在两块所述第二竖直侧板(203)上对应两侧辊子(203)之间形成的间隙中，并分别与两侧的辊子(203)滑动接触；

航空壁板试验件(4)，所述航空壁板试验件(4)沿竖直方向设置，并与所述活动板(3)位于同一竖直平面内，所述航空壁板试验件(4)的一端端部伸入两块所述第一竖直侧板(102)之间的间隙中，并通过与所述第一固定孔(103)适配的螺栓进行固定，所述航空壁板试验件(4)的另一端端部与所述活动板(4)一端端部进行固定；

液压作动筒(5)，所述液压作动筒(5)固定设置在所述滚轮架(2)的背向所述固定架(1)的一侧，并与所述活动板(3)连接，用于通过所述活动板(3)在面内方向为所述航空壁板试验件(4)传递拉-拉常规疲劳载荷；

激振器(6)，所述激振器(6)固定设置在地轨上，且位于所述航空壁板试验件(4)的一侧，用于通过其激振杆对所述航空壁板试验件(4)施加垂直于面内方向的振动载荷。

2.根据权利要求1所述的联合加载装置，其特征在于，还包括：

第一底板(7)，所述第一底板(7)与地轨固定连接，所述固定架(1)通过其第一水平底板(101)与所述第一底板(7)固定连接。

3.根据权利要求2所述的联合加载装置，其特征在于，在所述固定架(1)的第一水平底板(101)上开设有多个条形的固定架安装孔(104)，并通过适配的螺栓穿过所述固定架安装孔(104)后与所述第一底板(7)固定连接。

4.根据权利要求1所述的联合加载装置，其特征在于，还包括：

第二底板(8)，所述第二底板(8)与地轨固定连接，且其上表面开设有直线形式的凹槽(801)，其中，所述滚轮架(2)通过其第二水平底板(21)与所述第二底板(8)固定连接，另外，所述活动板(3)的竖直底面能够内嵌在所述第二底板(8)的凹槽(801)中，并可在所述凹槽(801)中沿其长度方向滑动。

5.根据权利要求4所述的联合加载装置，其特征在于，所述滚轮架(2)的第二水平底板(201)上开设有多个条形的滚轮架安装孔(204)，并通过适配的螺栓穿过所述滚轮架安装孔(204)后与所述第二底板(8)固定连接。

6.根据权利要求1所述的联合加载装置，其特征在于，在所述固定架(1)的第一水平底板(101)与第一竖直侧板(102)之间的直角处，沿竖直方向设置有分别与第一水平底板(101)和第一竖直侧板(102)固定连接的第一加强筋(105)。

7.根据权利要求1所述的联合加载装置，其特征在于，在所述滚轮架(2)的第二水平底板(201)与第二竖直侧板(202)之间的直角处，沿竖直方向设置有分别与第二水平底板(201)与第二竖直侧板(202)固定连接的第二加强筋(205)。

8.根据权利要求1所述的联合加载装置，其特征在于，所述航空壁板试验件(4)的另一端端部通过压板(9)和螺栓与所述活动板(3)的一端端部进行固定。

9.根据权利要求1所述的联合加载装置，其特征在于，所述辊子(203)是通过上下两侧的联接板(206)固定在对应侧的所述第二竖直侧板(202)上。

10.根据权利要求9所述的联合加载装置，其特征在于，所述辊子(203)的数量为四个，两两对称设置在两块所述第二竖直侧板(202)上。

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