CN114813401A - 一种冲击测试实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冲击动力学测试领域，尤其涉及一种冲击测试实验平台，旨在解决现有冲击测试实验平台仅能针对某一工况进行对比测试，且测试变量种类较少，不利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能的问题。该冲击测试实验平台，通过转动钢丝绳卷筒结构的转动手柄来调整壳型冲击重载结构的初始下落高度；通过增加或减少配重板的数量来调整壳型冲击重载结构的初始冲击重量；通过调整角度调整支腿卡入角度调整槽的位置来调整壳型冲击重载结构的初始冲击角度，进而完成不同入射条件下的定量化测试研究，多方位对比不同结构的测试试验样件的吸能缓冲效果，能够实现多工况下的对比测试，测试变量种类较多，有利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能。

Description

一种冲击测试实验平台
技术领域
本发明涉及冲击动力学测试领域，尤其涉及一种冲击测试实验平台。
背景技术
手性蜂窝结构是一种具有负泊松比特性的拉胀材料结构，作为一种新型功能梯度多孔结构，手性蜂窝结构具有低比密度、高比强度刚度、抗震抗冲击、结构可调整性强等优点，可以实现面内变形、面外承载以及隔振的多重作用，在众多碰撞及冲击能量吸收技术领域(比如，航空航天、交通运输和汽车等)有着广泛的应用前景。
手性蜂窝类型繁多，且通过更改其结构参数或旋转方向即可生成一种新的结构，新生成的手性蜂窝结构的吸能缓冲效果(如吸能比例以及缓冲后冲击作用力大小)是衡量新型结构优劣的重要参考，通过控制某一变量，实现对不同手性结构的定量化测试，是评价新型手性蜂窝结构的重要方式。
然而，现有的冲击测试实验平台仅能针对某一工况进行对比测试，且测试变量种类较少，不利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能。
发明内容
本发明提供一种冲击测试实验平台，以解决现有冲击测试实验平台仅能针对某一工况进行对比测试，且测试变量种类较少，不利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种冲击测试实验平台，包括冲击测试系统和成像捕获系统，成像捕获系统包括计算机终端和高速摄像机，冲击测试系统包括型材框架、钢丝绳、钢丝绳卷筒结构、变向定滑轮、吊钩、电磁铁、壳型冲击重载结构和承载底板角度调整结构，壳型冲击重载结构包括壳型装载框、配重板和转换法兰，钢丝绳卷筒结构通过螺栓安装在型材框架的顶部侧边位置，变向定滑轮通过固定架安装在型材框架的顶部中间位置，钢丝绳的一端固定在钢丝绳卷筒结构上，钢丝绳的另一端在钢丝绳卷筒结构上缠绕后从钢丝绳卷筒结构的下端引出，且在通过变向定滑轮后固定在吊钩上，吊钩钩在电磁铁上端的吊环上，电磁铁与转换法兰的小圆端通过磁力连接，转换法兰的大圆端与壳型装载框的顶部通过螺栓连接，壳型装载框内安装配重板；
承载底板角度调整结构包括承载底板、角度调整支腿、角度调整槽和铰链座，铰链座固定在型材框架上，承载底板的一端与铰链座转动连接，承载底板的另一端与角度调整支腿的一端转动连接，型材框架上设置角度调整槽，角度调整支腿的另一端卡入角度调整槽内。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，钢丝绳卷筒结构包括转动手柄、棘轮、卷筒、卷筒支架、防逆转弹簧和防逆转块，转动手柄、棘轮固定在卷筒的一端且三者同轴设置，卷筒转动安装在卷筒支架上，防逆转块的中部铰接在卷筒支架上，防逆转块的一端与卷筒支架上固定的防逆转弹簧连接，防逆转块的另一端卡入棘轮的齿槽内。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，防逆转块为棘爪。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，转动手柄上设置防滑纹。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，壳型装载框的两侧对称固定两个直线滑块轴承座，直线滑块轴承座滑动安装在直线光轴导轨上，直线光轴导轨的下端固定在立式光轴支架上，直线光轴导轨的上端固定在型材框架上，立式光轴支架固定在型材框架上。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，型材框架采用铝合金型材搭建构成。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，壳型装载框由五块钢板固定而成，壳型装载框的一端开口。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，配重板为矩形。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，电磁铁为圆形吸盘工业电磁铁。
在上述的冲击测试实验平台中，可选的是，高速摄像机固定在摄像机支架上。
本发明提供的冲击测试实验平台，通过转动钢丝绳卷筒结构的转动手柄来调整壳型冲击重载结构的初始下落高度；通过增加或减少配重板的数量来调整壳型冲击重载结构的初始冲击重量；通过调整角度调整支腿卡入角度调整槽的位置来调整壳型冲击重载结构的初始冲击角度，进而完成不同入射条件下的定量化测试研究，多方位对比不同结构的测试试验样件的吸能缓冲效果，包括吸能比例的大小以及缓冲后冲击作用力的大小等，能够实现多工况下的对比测试，测试变量种类较多，有利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能。
本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的型材框架结构示意图；
图3为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的钢丝绳卷筒结构处的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的壳型冲击重载结构处的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的壳型冲击重载的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的壳型装载框处的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的配重板的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的底部结构示意图；
图9为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的测试试验样件受垂直冲击的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的测试试验样件受倾斜冲击的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的角度调整槽的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的冲击测试实验平台的立体结构示意图。
附图标记说明：
1-计算机终端；
2-立式光轴支架；
3-型材框架；
4-壳型装载框；
5-配重板；
6-转换法兰；
7-钢丝绳；
8-钢丝绳卷筒结构；
801-转动手柄；802-棘轮；803-卷筒；804-卷筒支架；805-防逆转弹簧；806-防逆转块；
9-变向定滑轮；
10-吊钩；
11-电磁铁；
12-直线滑块轴承座；
13-直线光轴导轨；
14-高速摄像机；
15-测试试验样件；
16-承载底板；
17-角度调整支腿；
18-角度调整槽；
19-铰链座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明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部件或具有相同或类似功能的部件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1-图11所示，本发明提供一种冲击测试实验平台，包括冲击测试系统和成像捕获系统，成像捕获系统包括计算机终端1和高速摄像机14，冲击测试系统包括型材框架3、钢丝绳7、钢丝绳卷筒结构8、变向定滑轮9、吊钩10、电磁铁11、壳型冲击重载结构和承载底板角度调整结构，壳型冲击重载结构包括壳型装载框4、配重板5和转换法兰6，钢丝绳卷筒结构8通过螺栓安装在型材框架3的顶部侧边位置，变向定滑轮9通过固定架安装在型材框架3的顶部中间位置，钢丝绳7的一端固定在钢丝绳卷筒结构8上，钢丝绳7的另一端在钢丝绳卷筒结构8上缠绕后从钢丝绳卷筒结构8的下端引出，且在通过变向定滑轮9后固定在吊钩10上，吊钩10钩在电磁铁11上端的吊环上，电磁铁11与转换法兰6的小圆端通过磁力连接，转换法兰6的大圆端与壳型装载框4的顶部通过螺栓连接，壳型装载框4内安装配重板5。
需要说明的是，通过接通或切断电磁铁11的电源实现转换法兰6与电磁铁11的连接或断开；通过调节钢丝绳7缠绕在钢丝绳卷筒结构8上的长度来调整壳型冲击重载结构的初始下落高度；通过装载或卸载配重板5调整壳型冲击重载结构的初始重量，进一步调整初始冲击动能的大小；此外，通过综合调整壳型冲击重载结构的初始重量和初始下落高度，进行相同冲击动能不同冲击速度下测试试验样件15的不同应变率研究。
承载底板角度调整结构包括承载底板16、角度调整支腿17、角度调整槽18和铰链座19，铰链座19固定在型材框架3上，承载底板16的一端与铰链座19转动连接，承载底板16的另一端与角度调整支腿17的一端转动连接，型材框架3上设置角度调整槽18，角度调整支腿17的另一端卡入角度调整槽18内。
需要说明的是，示例的，铰链座19与型材框架3通过螺栓固定连接，承载底板16的一端通过销轴与铰链座19连接，承载底板16的另一端通过销轴与角度调整支腿17连接，测试试验样件15置于承载底板16上；角度调整槽18等间距设置多个，通过调整角度调整支腿17卡入角度调整槽18的位置，能够调整承载底板16与水平方向的夹角，进而调整测试试验样件15受冲击的角度。
如图3所示，钢丝绳卷筒结构8包括转动手柄801、棘轮802、卷筒803、卷筒支架804、防逆转弹簧805和防逆转块806，转动手柄801、棘轮802固定在卷筒803的一端且三者同轴设置，卷筒803转动安装在卷筒支架804上，防逆转块806的中部铰接在卷筒支架804上，防逆转块806的一端与卷筒支架804上固定的防逆转弹簧805连接，防逆转块806的另一端卡入棘轮802的齿槽内。
需要说明的是，防逆转块806的一端与防逆转弹簧805连接，防逆转弹簧805处于张紧状态，防逆转块806的另一端卡入棘轮802的齿槽内，防止棘轮802逆转；通过转动手柄801带动卷筒803旋转同时带动棘轮802同向转动，通过棘轮802独特的齿槽结构以及防逆转弹簧805和防逆转块806的装配关系，棘轮802能够在钢丝绳7张紧时防止卷筒803反转，以此调整壳型冲击重载结构的初始下落高度，进而调整壳型冲击重载结构的初始冲击速度和初始冲击动能。
如图3所示，防逆转块806为棘爪。
需要说明的是，棘轮802与棘爪配合组成的棘轮机构，有效防止卷筒803反转。
如图3所示，转动手柄801上设置防滑纹。
需要说明的是，转动手柄801上设置防滑纹，增加手部与转动手柄801之间的摩擦力，便于握持转动手柄801，有效防止打滑。
如图4所示，壳型装载框4的两侧对称固定两个直线滑块轴承座12，直线滑块轴承座12滑动安装在直线光轴导轨13上，直线光轴导轨13的下端固定在立式光轴支架2上，直线光轴导轨13的上端固定在型材框架3上，立式光轴支架2固定在型材框架3上。
需要说明的是，示例的，壳型装载框4的两侧通过螺钉对称安装两个直线滑块轴承座12。
如图2所示，型材框架3采用铝合金型材搭建构成。
需要说明的是，铝合金材料重量轻，强度高，是理想的结构材料。
如图4-图6所示，壳型装载框4由五块钢板固定而成，壳型装载框4的一端开口。
需要说明的是，示例的，壳型装载框4的五块钢板通过螺栓固定成型，壳型装载框4的开口端放入配重板5。
如图6所示，配重板5为矩形。
需要说明的是，配重板5的形状与壳型装载框4的内腔的形状相同，配重板5能够无障碍推入壳型装载框4内。
如图4所示，电磁铁11为圆形吸盘工业电磁铁。
需要说明的是，电磁铁11最大能吸附120kg负载，以满足实验需求。
如图1、图12所示，高速摄像机14固定在摄像机支架上。
需要说明的是，高速摄像机14置于型材框架3的一侧，高速摄像机14与计算机终端1通过信号连接，高速摄像机14拍摄的照片传输给计算机终端1，摄像机支架的高度可调，满足不同的实验需求，摄像机支架的底部安装刹车万向轮，便于支架及高速摄像机14的移动。
实验过程中，通过转动钢丝绳卷筒结构8的转动手柄801来调整壳型冲击重载结构的初始下落高度；通过增加或减少配重板5的数量来调整壳型冲击重载结构的初始冲击重量；通过调整角度调整支腿17卡入角度调整槽18的位置来调整壳型冲击重载结构的初始冲击角度，进而完成不同入射条件下的定量化测试研究，多方位对比不同结构的测试试验样件15的吸能缓冲效果，包括吸能比例的大小以及缓冲后冲击作用力的大小等，能够实现多工况下的对比测试，测试变量种类较多，有利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能。
由于直线滑块轴承座12与直线光轴导轨13之间存在一定的摩擦，因此入射速度大小的确定可通过以下步骤实现：
步骤(1)：通过高速摄像机14捕获到不同帧数的照片；
步骤(2)：通过测量不同照片中壳型冲击重载结构下落的高度，按比例换算成实际下落高度，并记录不同照片间隔的时间范围；
步骤(3)：通过求解一定时间内壳型冲击重载结构下落的实际高度即可求得入射速度大小。
需要说明的是，由于冲击过程是一个加速的过程，因此尽量选取冲击即将发生的照片来确定初始入射速度会与实际更佳吻合；通过高速摄像机14捕获壳型冲击重载结构冲击后速度为零的点即对应的测试试验样件15的最大变形节点，此时吸能量最大，便于确定相同冲击动能下变形较小的试验样件15为优选试件；测试试验样件15底部装有压力传感器，测量记录冲击过程测试试验样件15对承载底板16冲击力的大小，便于确定相同冲击动能下冲击力较小的试验样件15为优选试件，同时满足吸能效果佳和结构变形小的条件来优选新型手性蜂窝结构。
本发明提供的冲击测试实验平台，通过转动钢丝绳卷筒结构8的转动手柄801来调整壳型冲击重载结构的初始下落高度；通过增加或减少配重板5的数量来调整壳型冲击重载结构的初始冲击重量；通过调整角度调整支腿17卡入角度调整槽18的位置来调整壳型冲击重载结构的初始冲击角度，进而完成不同入射条件下的定量化测试研究，多方位对比不同结构的测试试验样件15的吸能缓冲效果，包括吸能比例的大小以及缓冲后冲击作用力的大小等，能够实现多工况下的对比测试，测试变量种类较多，有利于全面评价手性蜂窝结构的综合性能。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种冲击测试实验平台，其特征在于，包括冲击测试系统和成像捕获系统，所述成像捕获系统包括计算机终端和高速摄像机，所述冲击测试系统包括型材框架、钢丝绳、钢丝绳卷筒结构、变向定滑轮、吊钩、电磁铁、壳型冲击重载结构和承载底板角度调整结构，所述壳型冲击重载结构包括壳型装载框、配重板和转换法兰，所述钢丝绳卷筒结构通过螺栓安装在所述型材框架的顶部侧边位置，所述变向定滑轮通过固定架安装在所述型材框架的顶部中间位置，所述钢丝绳的一端固定在所述钢丝绳卷筒结构上，所述钢丝绳的另一端在所述钢丝绳卷筒结构上缠绕后从所述钢丝绳卷筒结构的下端引出，且在通过所述变向定滑轮后固定在所述吊钩上，所述吊钩钩在所述电磁铁上端的吊环上，所述电磁铁与转换法兰的小圆端通过磁力连接，所述转换法兰的大圆端与所述壳型装载框的顶部通过螺栓连接，所述壳型装载框内安装所述配重板。
所述承载底板角度调整结构包括承载底板、角度调整支腿、角度调整槽和铰链座，所述铰链座固定在所述型材框架上，所述承载底板的一端与所述铰链座转动连接，所述承载底板的另一端与所述角度调整支腿的一端转动连接，所述型材框架上设置所述角度调整槽，所述角度调整支腿的另一端卡入所述角度调整槽内。
2.根据权利要求1所述的冲击测试实验平台，其特征在于，所述钢丝绳卷筒结构包括转动手柄、棘轮、卷筒、卷筒支架、防逆转弹簧和防逆转块，所述转动手柄、所述棘轮固定在所述卷筒的一端且三者同轴设置，所述卷筒转动安装在所述卷筒支架上，所述防逆转块的中部铰接在所述卷筒支架上，所述防逆转块的一端与所述卷筒支架上固定的防逆转弹簧连接，所述防逆转块的另一端卡入棘轮的齿槽内。
3.根据权利要求2所述的冲击测试实验平台，其特征在于，所述防逆转块为棘爪。
4.根据权利要求2所述的冲击测试实验平台，其特征在于，所述转动手柄上设置防滑纹。
5.根据权利要求1所述的冲击测试实验平台，其特征在于，所述壳型装载框的两侧对称固定两个直线滑块轴承座，所述直线滑块轴承座滑动安装在直线光轴导轨上，所述直线光轴导轨的下端固定在所述立式光轴支架上，所述直线光轴导轨的上端固定在所述型材框架上，所述立式光轴支架固定在所述型材框架上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的冲击测试实验平台，其特征在于，所述型材框架采用铝合金型材搭建构成。
7.根据权利要求6所述的冲击测试实验平台装置，其特征在于，所述壳型装载框由五块钢板固定而成，所述壳型装载框的一端开口。
8.根据权利要求7所述的冲击测试实验平台装置，其特征在于，所述配重板为矩形。
9.根据权利要求8所述的冲击测试实验平台装置，其特征在于，所述电磁铁为圆形吸盘工业电磁铁。
10.根据权利要求9所述的冲击测试实验平台装置，其特征在于，所述高速摄像机固定在摄像机支架上。
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