CN1307414C - 拉剪压剪复合加载试验装置 - Google Patents

Abstract

一种拉剪压剪复合加载试验装置，结构力学试验装置，包括由四块剪切与拉压加载夹板(6)和(9)连接一个矩形加载框，两个L形杠杆(1)对称地分别通过铰接连接(5)，安装在矩形加载框外侧的一对角线上，在L形杠杆上分别拉剪加载孔(2，3，4与2’，3’，4’)和压剪加载孔(7，10，11与7’，10’，11’)。该试验装置能在普通试验机上的同一套试验装置上，实现拉剪压剪复合加载试验，不同比例的拉剪压剪复合加载试验；不同比例的拉剪压剪稳定性和强度复合试验及纯剪的稳定性和强度加载试验。该试验装置结构紧凑，使用方便，制造成本低，非常适合复合材料结构稳定性和强度的大批量试验件的试验。

Description

拉剪压剪复合加载试验装置

技术领域

本发明的拉剪压剪复合加载试验装置属于结构实验力学领域。

背景技术

在航空、航天、航海工程结构中，平板和加筋板为典型受力构件，它们都处于单向拉伸、压缩和剪切复合受力状态，而这一类构件在拉剪、压剪复合受力下的稳定性和强度是结构力学中的重要研究课题。特别是在现代飞行器设计中，必须研究蒙皮等薄壁结构在复杂载荷下的强度问题，迫切需要在实验室中实现这种载荷状态，来考核材料的强度，为下一步的理论建立做准备。

长期以来，对于这一类构件实现拉剪、压剪复合加载是十分困难的。目前可以采用多通道协调加载系统或多轴试验机和辅助夹具来实现，但由于这些设备价格昂贵，加之实现过程中也有一定的难度，所以很少采用。

还有一种方法是通过由板件和筋条组成的盒段通过弯扭来实现板的拉剪和压剪试验，但是该方法适用于板的稳定性试验，在强度试验中，试验成本较高，且不能达到满意的效果。

现行的一种压剪复合加载装置，只能实现压缩和剪切的复合受力试验，不能实现拉伸和剪切复合受力试验，且试验效果不佳，尤其对于小尺寸试件。也不适用于强度试验。同时如压剪比例变化，则要更换夹具，安装技术要求高，使用不方便，制造成本也很高。

采用上述几种方法在同一套试验装置上，同时实现不同比例的拉剪和压剪试验是十分困难的。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能在普通试验机上的同一套试验装置上，实现拉剪、压剪复合加载试验，实现不同比例的拉剪、压剪复合加载试验；不同比例的拉剪、压剪稳定性和强度复合加载试验及实现纯剪的稳定性和强度加载试验。

实现上述目的的拉剪、压剪复合加载试验装置，包括由四块剪切与拉压加载夹板，连接成一个矩形加载框，两个相同的L形杠杆对称的置于矩形加载框外侧的对角线上，即两个L形杠杆的纵向短杆末端分别通过铰接连接片连于两对边的两块剪切与拉压加载夹板的中点，两个L形杠杆的横向长杆的中点分别通过铰接插耳连于另两队边的另两块剪切与拉压加载夹板的中点，在L形杠杆纵向短杆上，带有拉剪加载孔，而在L形杠杆横向长杆上带有压剪加载孔，铰接连接片与剪切与拉压加载夹板相连接之处有一个拉压力加载孔，L形杠杆内侧与矩形加载框外侧之间的加载框两个外角的对角线上还各有一个对称的剪力加载孔，矩形加载框另两个外角的另一对角线上各有一个对称的非加载孔。

本试验装置解决了结构力学中拉剪，压剪复合加载的技术难题，为结构的稳定性和强度研究提供了一种简便易行的试验方法。解决了在普通试验机上，用一套试验装置，实现平板和加筋板不同比例的拉剪和压剪复合加载试验，也可实现纯剪切试验。且该试验装置结构紧凑，使用方便，制造成本低，非常适合于复合材料结构稳定性和强度的大批量试验件的试验。

附图说明

图1是拉剪压剪复合加载试验装置的结构示意图。

图2～图4是拉剪压剪复合加载试验装置的工作原理图。

图1中的标号名称：

1—L形杠杆，

2，3，4与2’，3’，4’—拉剪加载孔，

5—铰接连接片，

6—剪切与拉压加载夹板，

7，10，11与7’，10’，11’—压剪加载孔，

8—试验件，

9—剪切与拉压加载夹板，

12—剪力加载孔，

13—拉压加载孔，

14—非加载孔，

15—铰接插耳。

图2～图4中的符号名称：Pτ为剪力，PLY为矩形一对边拉力，PJ为矩形的一对角拉力，P为轴向合力。

具体实施方式：

由图可知，本拉剪压剪复加载试验装置，由四块剪切与拉压加载夹板6和9连接成一个矩形加载框，两个L形杠杆1对称地放置在矩形加载框外侧的一对角线上，即L形杠杆1的纵向短杆末端分别通过铰接连接片5连于两对边的两块剪切与拉压加载夹板6的中点处，L形杠杆1的横向长杆的中点分别通过铰接插耳15连于另两对边的另两块剪切与拉压加载夹板9的中点。当单一轴向拉力加在这一对铰接插耳15上时，试验装置在载荷作用下，能够自动对中心。两个L形杠杆纵向短杆上分别带有拉剪加载孔2，3，4与2’，3’，4’，三个拉剪加载孔2，3，4(2’，3’，4’)的拉剪比分别为1∶1，1∶2，2∶1，两个L形杠杆横向长杆上分别带有压剪加载孔7，10，11与7’，10’，11’，三个压剪加载孔7，10，11(7’，10’，11’)的压剪比为1∶1，1∶2，2∶1。铰接连接片5与剪切拉压加载夹板6相连之处有一个压力加载孔13，L形杠杆1内侧与矩形加载框外侧之间的矩形加载框两对角的一对对角线上，还有一个对称的剪力加载孔12，矩形加载框另两个外角的另一对角线上个有一个对称的非加载孔14。此加载孔14不安装任何连接件，以保证试验件在拉压力的作用下能自由变形。在四块剪切与拉压加载夹板6与9的内侧面上加装有滚齿，以此来增大试验件与剪切与拉压加载夹板之间的摩擦力，保证剪力的传递。

本发明的基本原理是利用杠杆原理，将试验机施加的单一轴向拉力通过L形杠杆分解成垂直于板边的拉力或压力，和与板一对角线同轴的拉力，此拉力通过加载框的载荷分配实现对板剪力的施加，这样就实现了拉剪或压剪复合载荷的协调同步加载，通过杠杆原理的应用，改变L形杠杆上加载孔的位置，即可改变拉剪或压剪载荷的比例，根据图2，图3及图4详细叙述本加载试验装置的工作原理：

1.将试验件8的四边与加载框内侧四边的剪切与拉压加载夹板相连，当L形杠杆上的加载孔受到一轴向载荷时，通过L形杠杆将载荷分解成垂直于板边的拉力或压力和对板剪力，则使矩形板ABCD受到复合载荷(PLY+PJ)。

设试验机的轴向合力为P，矩形板ABCD的一对边拉力为PLY，矩形板

ABCD的一对角拉力为PJ，则PJ与P的夹角α有(见图4)：

$\cos \mathrm{\α}=\frac{P^2+P_J^2-P_{\mathrm{LY}}^2}{2P{P}_J}$

P_J＝P_LY

由此求出夹角α，即可得到L形杠杆上加载孔得坐标点。

2.由L形杠杆分配的分力P_LY、P_J施加在四对剪切与拉压加载夹板上，由四对剪切与拉压加载夹板连接组成的加载框实现对矩形板ABCD同步协调施加拉剪、压剪复合载荷。

$P_{\mathrm{\τ}}=\frac{P_J}{\sqrt{2}}$

如要改变拉剪、压剪载荷的比例，则通过计算求得夹角α，得到L形杠杆上加载孔得坐标点，确定L形杠杆上加载孔得位置即可。

3.如要改变拉剪、压剪载荷的比例，则通过计算求得夹角α，得到L形杠杆上加载孔得坐标点，确定L形杠杆上加载孔得位置即可。

4.试验机加载单一轴向拉力，拉力通过L形杠杆将此拉力分配成拉力P_LY、P_J，P_LY通过两对铰接连接片5和剪切与拉压加载夹板6施加一拉力或压力，而P_J通过四对剪切与拉压加载夹板6转换成剪力P_τ，实现对试验件的拉剪、压剪复合加载。在试验机拉力的作用下，其夹具的加载中心自动对中。

该试验装置解决了结构力学中拉剪、压剪复合加载的技术难题，为结构的稳定性和强度研究提供了一种简便易行的试验方法。

解决了在普通试验机上，用一套试验装置，实现平板和加筋板不同比例的拉剪和压剪复合加载试验，也可以实现纯剪切试验，且试验装置原理清晰，结构紧凑，使用方便，制造成本低，可重复使用，非常适合于新型复合材料结构稳定性和强度的大批量试验件的试验，具有很高的工程应用价值。

Claims (2)

1.一种拉剪压剪复合加载试验装置，其特征在于，由四块剪切与拉压加载夹板(6)和(9)连接成一个矩形加载框，两个L形杠杆(1)对称地置于矩形加载框外侧地一对角线上，即L形杠杆(1)的纵向短杆末端分别通过铰接连接片(5)连于两对边的两块剪切与拉压加载夹板(6)的中点处，L形杠杆(1)的横向长杆的中点分别通过铰接插耳(15)连于另一两对边的另两块剪切与拉压加载夹板(9)的中点，两个L形杠杆(1)纵向短杆上分别带有拉剪加载孔，两个L形杠杆(1)横向长杆上分别带有压剪加载孔，铰接连接片(5)和剪切与拉压加载夹板(6)相连之处还有一个拉压加载孔(13)，L形杠杆内侧与矩形加载框外侧之间的矩形加载框两个外角的对角线上各有一个剪力加载孔(12)。

2.根据权利要求1所述的拉剪压剪复合加载试验装置，其特征在于，在四块剪切与拉压加载夹板的内侧面上分别装有滚齿。