CN114878370A - T型接头冲击试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及T型接头冲击试验装置及其试验方法，包括框架结构的冲击机，冲击机内侧上下滑动安装有冲击组件，冲击组件正下方间隔安装有固定机构，冲击机内顶面通过索链拉动冲击组件，通过冲击机的控制系统促使冲击组件自由下行，冲击组件下部的冲击块逐步靠近并施力于夹块水平部的两端，经由夹块传力至T型接头的竖直臂，从而将冲击组件的重力势能转化为施加到T型接头上的冲击载荷，实现了对T型接头进行拉伸冲击试验，填补了T型接头拉伸冲击性能影响研究的空白，大大助力于T型接头焊接工艺参数的选用和优化。

Description

T型接头冲击试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及冲击试验技术领域，尤其是一种T型接头冲击试验装置及其试验方法。

背景技术

T型接头是舰船结构中主要的承载结构，在T型接头的焊接过程中，不同的焊接工艺参数将导致T型接头的性能产生差异，其次，在冲击载荷尤其是爆炸冲击等动载荷作用下，T型接头的焊接位置最先、最容易发生屈服、撕裂等破环，从而造成舰船结构的大范围损伤，进水甚至沉没。

现有技术中，鲜有人对T型接头拉伸冲击性能开展研究，而其拉伸冲击性能对于实际使用则具有举足轻重的作用。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的T型接头冲击试验装置及其试验方法，从而实现了对T型接头进行拉伸冲击试验，填补了T型接头拉伸冲击性能影响研究的空白，大大助力于T型接头焊接工艺参数的选用和优化。

本发明所采用的技术方案如下：

一种T型接头冲击试验装置，包括框架结构的冲击机，所述冲击机内侧上下滑动安装有冲击组件，冲击组件正下方间隔安装有固定机构；

所述固定机构的结构为：包括支承固定T型接头水平臂的支座，T型接头竖直臂下部锁装有夹块，夹块为前后竖直布置的“⊥”型结构；

所述冲击机内顶面通过索链拉动冲击组件，通过冲击机的控制系统促使冲击组件自由下行，冲击组件下部的冲击块逐步靠近并施力于夹块水平部的两端，经由夹块传力至T型接头的竖直臂。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述冲击机为倒置U型框架结构，其竖直两臂的内侧面对称设置有导轨，冲击组件两侧与导轨配装契合。

所述冲击组件的结构为：包括上下间隔布设的上导板和下导板，上导板和下导板之间夹装有质量块；所述下导板底面的中部前后对称安装有冲击块，两组冲击块构成倒置U型结构，冲击块底端向下正对着夹块的水平部端部；所述上导板和下导板左右两端均开设有与导轨相配的卡槽。

所述冲击机索链的底端安装有装夹机构，冲击组件顶面的中部安装有挂环，装夹机构与挂环衔接固定。

所述固定机构中左右间隔设置有两组支座，T型接头水平臂两端分别支承于两组支座顶部，T型接头竖直臂位于两组支座间隔之间；所述T型接头水平臂上方压装有压板，从上至下依次贯穿压板、T型接头向着支座顶面锁装有紧固件；所述T型接头竖直臂的左右两侧依次对称贴合有垫块、夹块，左右贯穿夹块、垫块和竖直臂锁装有另一组紧固件。

所述支座顶面开设有供T型接头水平臂端部嵌置相配的凹槽。

所述水平臂呈左右水平平板结构，竖直臂呈前后竖直平板结构，竖直臂顶端固定衔接于水平臂底面的中部；所述水平臂前后边缘的中部均内凹形成内凹部，竖直臂前后边缘的上部对称内缩形成收缩部，收缩部顶段的前后宽度尺寸与内凹部底面中部的宽度一致。

位于收缩部下方的竖直臂下部左右贯穿开设有锁装孔一，夹块的竖直部贴合于收缩部下方的竖直臂两侧；位于内凹部两端外部的水平臂端部分别开设有锁装孔二。

两组支座固定支承于底板上，支座外侧面于底板顶面之间共同安装有肋板；所述底板固定安装于冲击组件正下方的底面上。

一种所述的T型接头冲击试验装置的试验方法，包括如下步骤：

在冲击组件上安装加速度传感器，由冲击机的控制系统控制，经索链将冲击组件上提至试验预设高度后，将冲击组件释放并自由下落，冲击组件下部的冲击块下行施力于下方固定机构中夹块两端，由夹块传力至T型接头的竖直臂，从而对T型接头施加拉伸冲击载荷；

所述拉伸冲击载荷由冲击组件的重力势能转化而成，通过冲击组件质量的调整，以及冲击组件上提高度的调整，来调整施加到T型接头上的拉伸冲击载荷的量值，通过T型接头受冲击后的形变或断裂状态获得临界拉伸冲击载荷以及对应的试验参数。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过冲击机促使冲击组件自由下行，冲击块逐步靠近并施力于夹块水平部的两端，经由夹块传力至T型接头的竖直臂，从而将冲击组件的重力势能转化为施加到T型接头上的冲击载荷，实现了对T型接头进行拉伸冲击试验，填补了T型接头拉伸冲击性能影响研究的空白，大大助力于T型接头焊接工艺参数的选用和优化；

本发明中，通过冲击组件高度的调整来改变冲击试验的总势能，并通过力传递作用到T型接头上；

本发明中，通过固定机构对T型接头自由度进行限制，使得T型接头能够均匀承受冲击试验装置施加的拉伸冲击载荷；

本发明中，可以结合加速度传感器，来获得T型接头受拉伸冲击载荷试验过程中的加速度曲线，并从能量角度来研究焊接工艺参数对T型接头冲击性能的影响规律，并通过临界冲击断裂高度下的能量分析来研究评价T型接头的冲击性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明冲击组件的结构示意图。

图3为本发明固定机构的结构示意图。

图4为图3的爆炸图。

图5为本发明T型接头的结构示意图。

图6为厚度与临界冲击高度之间的关系示意图。

其中：1、固定机构；2、冲击机；3、冲击组件；4、装夹机构；5、索链；6、T型接头；

11、底板；12、肋板；13、支座；14、垫块；15、夹块；16、压板；17、凹槽；

21、导轨；

31、挂环；32、上导板；33、质量块；34、下导板；35、冲击块；36、卡槽；

61、水平臂；62、竖直臂；63、锁装孔一；64、锁装孔二；611、内凹部；621、收缩部。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的T型接头冲击试验装置，包括框架结构的冲击机2，冲击机2内侧上下滑动安装有冲击组件3，冲击组件3正下方间隔安装有固定机构1；

如图3、图4和图5所示，固定机构1的结构为：包括支承固定T型接头6水平臂61的支座13，T型接头6竖直臂62下部锁装有夹块15，夹块15为前后竖直布置的“⊥”型结构；

冲击机2内顶面通过索链5拉动冲击组件3，通过冲击机2的控制系统促使冲击组件3自由下行，冲击组件3下部的冲击块35逐步靠近并施力于夹块15水平部的两端，经由夹块15传力至T型接头6的竖直臂62。

通过冲击机2促使冲击组件3自由下行，冲击块35逐步靠近并施力于夹块15水平部的两端，经由夹块15传力至T型接头6的竖直臂62，从而将冲击组件3的重力势能转化为施加到T型接头6上的冲击载荷，对T型接头6进行拉伸冲击试验。

冲击机2为倒置U型框架结构，其竖直两臂的内侧面对称设置有导轨21，冲击组件3两侧与导轨21配装契合。

如图2所示，冲击组件3的结构为：包括上下间隔布设的上导板32和下导板34，上导板32和下导板34之间夹装有质量块33；下导板34底面的中部前后对称安装有冲击块35，两组冲击块35构成倒置U型结构，冲击块35底端向下正对着夹块15的水平部端部；上导板32和下导板34左右两端均开设有与导轨21相配的卡槽36。

本实施例中，上导板32、质量块33和下导板34通过螺杆配合螺母紧固为一体，下导板34则通过螺栓安装冲击块35。

冲击机2索链5的底端安装有装夹机构4，冲击组件3顶面的中部安装有挂环31，装夹机构4与挂环31衔接固定，通过索链5将冲击组件3向上提升至一定高度；在进行冲击试验时，在一定高度下，装夹机构4将挂环31解锁放开，使得冲击组件3从一定高度向下做自由落体运动，来对下方的T型接头6进行冲击试验。

本实施例中，通过冲击组件3高度的调整来改变冲击试验的总势能，并通过力传递作用到T型接头6上。

固定机构1中左右间隔设置有两组支座13，T型接头6水平臂61两端分别支承于两组支座13顶部，T型接头6竖直臂62位于两组支座13间隔之间；T型接头6水平臂61上方压装有压板16，从上至下依次贯穿压板16、T型接头6向着支座13顶面锁装有紧固件；T型接头6竖直臂62的左右两侧依次对称贴合有垫块14、夹块15，左右贯穿夹块15、垫块14和竖直臂62锁装有另一组紧固件。

本实施例中，通过压板16配合紧固件，将T型接头6水平臂61锁装固定于支座13上，从而由固定机构1对T型接头6的自由度进行限制，实现T型接头6的固定；

本实施例中，T型接头6竖直臂62的两侧通过锁装夹块15，由夹块15作为中间传力机构，将上方冲击组件3施加的力传递至T型结构6的竖直臂62，使得T型接头6受到拉伸冲击载荷，并使得T型接头能够均匀承受由冲击试验装置施加的拉伸冲击载荷，助力于保障试验的稳定和可靠性。

压板16的设置，可以将焊接后存在变形的T型接头6水平臂通过紧固件的预紧力来压平，并且能够通过压板16来限制T型接头6在拉伸冲击载荷作用下水平臂61向内收缩导致的工装变形，从而提升了工装的整体结构强度；

垫块14的设置，是为了防止夹块15在预紧力作用下和T型接头6竖直臂62的试验段接触，而导致在试验段上产生新的边界条件。

支座13顶面开设有供T型接头6水平臂61端部嵌置相配的凹槽17。

水平臂61呈左右水平平板结构，竖直臂62呈前后竖直平板结构，竖直臂62顶端固定衔接于水平臂61底面的中部；水平臂61前后边缘的中部均内凹形成内凹部611，竖直臂62前后边缘的上部对称内缩形成收缩部621，收缩部621顶段的前后宽度尺寸与内凹部611底面中部的宽度一致。

位于收缩部621下方的竖直臂62下部左右贯穿开设有锁装孔一63，夹块15的竖直部贴合于收缩部621下方的竖直臂62两侧；位于内凹部611两端外部的水平臂61端部分别开设有锁装孔二64。

本实施例中，由T型接头6上的内凹部611、收缩部621构成试验段，由竖直臂62端部、水平臂61端部构成夹持段，即通过锁装孔一63、锁装孔二64进行装夹；

本实施例中，内凹部611与水平臂61之间设置有内凹圆弧过渡，收缩部621与竖直臂62之间亦设置有内凹圆弧过渡，通过圆弧过渡段的设置来防止试验段和夹持段之间存在应力集中；

并且，T型接头6试验段的长度充分包括了焊接接头区域和母材，能够获得母材和焊接接头区域材料耦合对接头整体结构冲击性能的影响。

两组支座13固定支承于底板11上，支座13外侧面于底板11顶面之间共同安装有肋板12；底板11固定安装于冲击组件3正下方的底面上。

本实施例的一种T型接头冲击试验装置的试验方法，包括如下步骤：

在冲击组件3上安装加速度传感器，由冲击机2的控制系统控制，经索链5将冲击组件3上提至试验预设高度后，将冲击组件3释放并自由下落，冲击组件3下部的冲击块35下行施力于下方固定机构1中夹块15两端，由夹块15传力至T型接头6的竖直臂62，从而对T型接头6施加拉伸冲击载荷；

拉伸冲击载荷由冲击组件3的重力势能转化而成，通过冲击组件3质量的调整，以及冲击组件3上提高度的调整，来调整施加到T型接头6上的拉伸冲击载荷的量值，通过T型接头6受冲击后的形变或断裂状态获得临界拉伸冲击载荷以及对应的试验参数。

本实施例中，可以结合加速度传感器，来获得T型接头6受拉伸冲击载荷试验过程中的加速度曲线，并从能量角度来研究焊接工艺参数对T型接头6冲击性能的影响规律，并通过临界冲击断裂高度下的能量分析来研究评价T型接头6的冲击性能。

本实施例中，加速度传感器安装于冲击组件3的质量块33上，通过加速度传感器来记录整个冲击过程中的加速度数值，尤其是在冲击碰撞之后的加速度数值，并能够通过对加速度进行积分来获得实时速度，并通过对速度进行积分来获得碰撞后的位移量；

设定临界拉伸冲击断裂高度为H，设定T型接头6受冲击后断裂过程所需的能量为Ec,则：

其中，m为冲击组件3的质量；g为自由落体状态时的加速度；d为冲击块35与夹块15接触后至T型接头6断裂时，冲击组件3下行的高度值；v为断裂发生时冲击组件3下行的速度；

本实施例中，H为冲击组件3自由落体的高度值，即开始试验时冲击块35底面与夹块15水平部顶面之间的高度距离；

在T型接头6断裂的试验过程中，冲击组件3在下落过程时大致会经历三个主要阶段：在H高度上自由落体阶段，在d高度上减速阶段，以及断裂后冲击组件3的继续下落阶段；三个阶段可以从加速度传感器的检测数据中区分并获得相应数据。

本实施例中，v和d均可以通过对加速度进行一次或二次积分来获得。

本实施例中，T型接头6受冲击后断裂过程所需的能量Ec，包括翼板和腹板变形所需能量，以及相接处断裂所需能量，即水平臂61和竖直臂62变形所需能量，以及水平臂61、竖直臂62相接焊接处断裂所需的能力，而忽略了冲击过程中整个试验装置的能量耗散。

本实施例中，分别对12mm、10mm、8mm、3mm厚度的T型接头6进行了拉伸冲击试验，具体数据如下表1-表4所示：

表1 12mm厚度T型接头拉伸冲击试验结果

表2 10mm厚度T型接头拉伸冲击试验结果

表3 8mm厚度T型接头拉伸冲击试验结果

表4 3mm厚度T型接头拉伸冲击试验结果

从表1、表2、表3和表4中可以得出，12mm、10mm、8mm和3mm厚度试件的临界冲击高度分别为1440mm、860mm、655mm和100mm，可以发现，不同厚度试件所承受的临界冲击势能不同，且厚度越大，临界冲击高度呈变大趋势；

接着，对厚度和临界冲击高度数据进行多项式拟合，如图6所示，可以发现厚度和临界冲击高度之间并非单纯的线性关系，因此，通过开展不同厚度下T型接头的拉伸冲击试验，可以为工程应用提供数据支撑，为结构设计提供新的数据来源。

另一方面，也可以对于厚度等尺寸参数相同、但焊接参数不同的T型接头进行同比试验，来进行焊接参数对于T型接头冲击性能的影响研究，大大助力于T型接头焊接工艺参数的选用和优化。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种T型接头冲击试验装置，包括框架结构的冲击机(2)，其特征在于：所述冲击机(2)内侧上下滑动安装有冲击组件(3)，冲击组件(3)正下方间隔安装有固定机构(1)；

所述固定机构(1)的结构为：包括支承固定T型接头(6)水平臂(61)的支座(13)，T型接头(6)竖直臂(62)下部锁装有夹块(15)，夹块(15)为前后竖直布置的“⊥”型结构；

所述冲击机(2)内顶面通过索链(5)拉动冲击组件(3)，通过冲击机(2)的控制系统促使冲击组件(3)自由下行，冲击组件(3)下部的冲击块(35)逐步靠近并施力于夹块(15)水平部的两端，经由夹块(15)传力至T型接头(6)的竖直臂(62)。

2.如权利要求1所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：所述冲击机(2)为倒置U型框架结构，其竖直两臂的内侧面对称设置有导轨(21)，冲击组件(3)两侧与导轨(21)配装契合。

3.如权利要求2所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：所述冲击组件(3)的结构为：包括上下间隔布设的上导板(32)和下导板(34)，上导板(32)和下导板(34)之间夹装有质量块(33)；所述下导板(34)底面的中部前后对称安装有冲击块(35)，两组冲击块(35)构成倒置U型结构，冲击块(35)底端向下正对着夹块(15)的水平部端部；所述上导板(32)和下导板(34)左右两端均开设有与导轨(21)相配的卡槽(36)。

4.如权利要求2所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：所述冲击机(2)索链(5)的底端安装有装夹机构(4)，冲击组件(3)顶面的中部安装有挂环(31)，装夹机构(4)与挂环(31)衔接固定。

5.如权利要求1所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：所述固定机构(1)中左右间隔设置有两组支座(13)，T型接头(6)水平臂(61)两端分别支承于两组支座(13)顶部，T型接头(6)竖直臂(62)位于两组支座(13)间隔之间；所述T型接头(6)水平臂(61)上方压装有压板(16)，从上至下依次贯穿压板(16)、T型接头(6)向着支座(13)顶面锁装有紧固件；所述T型接头(6)竖直臂(62)的左右两侧依次对称贴合有垫块(14)、夹块(15)，左右贯穿夹块(15)、垫块(14)和竖直臂(62)锁装有另一组紧固件。

6.如权利要求5所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：所述支座(13)顶面开设有供T型接头(6)水平臂(61)端部嵌置相配的凹槽(17)。

7.如权利要求5所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：所述水平臂(61)呈左右水平平板结构，竖直臂(62)呈前后竖直平板结构，竖直臂(62)顶端固定衔接于水平臂(61)底面的中部；所述水平臂(61)前后边缘的中部均内凹形成内凹部(611)，竖直臂(62)前后边缘的上部对称内缩形成收缩部(621)，收缩部(621)顶段的前后宽度尺寸与内凹部(611)底面中部的宽度一致。

8.如权利要求7所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：位于收缩部(621)下方的竖直臂(62)下部左右贯穿开设有锁装孔一(63)，夹块(15)的竖直部贴合于收缩部(621)下方的竖直臂(62)两侧；位于内凹部(611)两端外部的水平臂(61)端部分别开设有锁装孔二(64)。

9.如权利要求5所述的T型接头冲击试验装置，其特征在于：两组支座(13)固定支承于底板(11)上，支座(13)外侧面于底板(11)顶面之间共同安装有肋板(12)；所述底板(11)固定安装于冲击组件(3)正下方的底面上。

10.一种权利要求1所述的T型接头冲击试验装置的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

在冲击组件(3)上安装加速度传感器，由冲击机(2)的控制系统控制，经索链(5)将冲击组件(3)上提至试验预设高度后，将冲击组件(3)释放并自由下落，冲击组件(3)下部的冲击块(35)下行施力于下方固定机构(1)中夹块(15)两端，由夹块(15)传力至T型接头(6)的竖直臂(62)，从而对T型接头(6)施加拉伸冲击载荷；

所述拉伸冲击载荷由冲击组件(3)的重力势能转化而成，通过冲击组件(3)质量的调整，以及冲击组件(3)上提高度的调整，来调整施加到T型接头(6)上的拉伸冲击载荷的量值，通过T型接头(6)受冲击后的形变或断裂状态获得临界拉伸冲击载荷以及对应的试验参数。

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