CN202511955U - 可调刚度模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调刚度模拟器，包括双腔缸体、三联活塞、单腔缸体、受撞活塞，受撞块和支架；双腔缸体与单腔缸体均与支架固定连接，支架固定安装在工作面上；三联活塞包括依次设于活塞杆上的第一、二、三活塞体，双腔缸体具有第一、二工作腔，单腔缸体具有第三工作腔；第一、二活塞体分别与第一、二工作腔配合，第三活塞体和受撞活塞分别与第三工作腔内的不同区域紧密配合，受撞块设于单腔缸体之外，并与受撞活塞连接，第一、二、三工作腔上分别开设用于注入工作介质的第一、二、三通口。本实用新型通过调节工作介质的压力，实现对不同刚度物体的模拟，且模拟量程广，重复性好，精度高，可控性好，结构简单，操作方便，成本低廉。

Description

可调刚度模拟器

技术领域

本实用新型涉及力学环境试验技术领域中的一种物体模拟器，尤其涉及碰撞试验中一种刚度可调的物体模拟器。 

背景技术

力学环境试验技术领域中的运动物体碰撞试验主要是考核试件的抗撞击能力，并从试验中获得试验数据，为试件的结构优化提供数据支撑。 

试件的抗撞击能力，是指试件受撞击后不破坏的能力，而影响试件抗撞击能力的因素有两点，包括：试件的刚度，以及与试件发生碰撞的物体的刚度。其中，刚度系指结构或构件抵抗变形的能力，用产生单位应变所需要的力或力矩来量度。 

目前的碰撞试验往往采取两种方法：一、直接用真实环境进行试验；二、采用等刚度模拟的方法进行试验。 

对于小型试件，往往采用第一种方法，也就是直接将试件置于其实际工况中进行碰撞试验，直接测取试验数据。这种方法直接，易操作，可重复多次试验，成本不会太高，占地面积小，环境因素的影响不明显。 

由于碰撞试验大多是破坏性试验，所以，对于大型试件，其碰撞试验具有一定危险性，且不可重复，成本高，不便于多次试验，往往采用第二种方法，也就是采用等刚度模拟的方法进行碰撞试验。等刚度模拟法是用一个特制的构件代替某个物体或某部件完成碰撞试验，此构件的刚度须与被代替物的刚度等效。目前，等刚度模拟体都是根据试件比例或原尺寸特殊定制的，不同的试件刚度需要定制不同的模拟体，不仅，制造较麻烦，而且一旦损毁，不可修复，成本相对较高。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种刚度可调的模拟器，其能以最小的制造和使用成本使得碰撞试验过程可控，可靠性更高，试验数据更精准，从而克服现有技术中的不足。 

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案： 

一种可调刚度模拟器，包括双腔缸体、三联活塞、单腔缸体、受撞活塞，受撞块和支架；

所述双腔缸体与单腔缸体均与支架固定连接，所述支架固定安装在工作面上；

所述三联活塞包括依次设于活塞杆上的第一活塞体、第二活塞体和第三活塞体，所述双腔缸体具有第一工作腔和第二工作腔，所述单腔缸体具有第三工作腔；

所述第一活塞体和第二活塞体分别与第一工作腔和第二工作腔配合，所述第三活塞体和受撞活塞分别与第三工作腔内的不同区域紧密配合，所述受撞块设于单腔缸体之外，并与受撞活塞连接，

所述第一、第二、第三工作腔上分别开设用于注入工作介质的第一通口、第二通口和第三通口。

优选的，所述双缸腔体包括沿轴向依次设置的第一部分和第二部分，且第一部分的内径小于第二部分，所述第一部分和第二部分分别与第一活塞体和第二活塞体配合。 

尤为优选的，所述双缸腔体的第二部分与第一部分之间过渡区域具有锥形截面，该锥形截面的内径沿远离第一部分的方向逐渐增大，并与第二活塞体一端部的锥形结构配合。 

优选的，所述单杠腔体包括沿轴向依次设置的第三部分和第四部分，且第三部分的内径大于第四部分，所述第三部分和第四部分分别与第三活塞体和受撞活塞配合。 

尤为优选的，所述单杠腔体的第三部分与第四部分之间过渡区域具有锥形截面，该锥形截面的内径沿远离第一部分的方向逐渐减小，并与第三活塞体一端部的锥形结构配合。 

所述双腔缸体一端与安装面固定连接，另一端与支架固定连接，所述支架固定设置于安装面上。 

所述双腔缸体、单腔缸体与支架同轴设置。 

所述双腔缸体一端经螺纹连接机构与安装面连接，所述支架一侧部与安装面固定连接。 

所述支架两端开设有分别与双腔缸体和单腔缸体配合的止口。 

本实用新型在应用时，先将双腔缸体和支架采用螺纹连接机构等固定在安装面上，将工作介质通过注入第一工作腔中，将三联活塞推向受撞活塞，直到第三活塞体的锥面与单腔缸体的过渡锥面接触，再分别向相应的第二、第三工作腔中注入工作介质，并调节三个工作腔中工作介质的总刚度达到模拟值，使三联活塞和受撞活塞在三个工作腔的压力下达到平衡。 

当受撞块受到撞击后，受撞块和受撞活塞在撞击力作用下向第一活塞体移动，压缩工作腔内的工作介质，三联活塞的第三活塞体在腔内压力作用下向第一工作腔移动，第三工作腔的压力下降，三联活塞的第一活塞体压第一工作腔中的工作介质，同时，第一活塞体受到一个大小相等方向相反的反作用力。当第一工作腔中的压力增大到一定值，三联活塞停止运动，并在此压力作用下向第三工作腔运动，达到平衡。 

本实用新型中，通过分别调节三个工作腔的压力，可获得不同的模拟刚度，以满足不同模拟体的刚度需要。 

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过调节工作介质的压力模拟不同物体的刚度进行模拟，解决了传统大型试件碰撞试验重复性差、占地面积大、环境因素影响明显、试验数据难于控制、数据离散性大、试验成本高的问题，同时，藉此设计形成的可调刚度模拟器模拟量程广，重复性好，精度高，可控性好，结构简单，操作方便，成本低廉。 

附图说明

图1是本实用新型一优选实施例的结构示意图； 

图2是图1所示本实用新型一优选实施例的应用状态示意图之一；

图3是图1所示本实用新型一优选实施例的应用状态示意图之二；

图4是图1所示本实用新型一优选实施例的应用状态示意图之三；

图中各附图标记及其所指示的部件分别为：1-双腔缸体、2-三联活塞、3-单腔缸体、4-受撞活塞、5-受撞块、6-支架、7-大质量底座、8-管道、9-工作介质、10-调压阀、11-压力表、12-提升装置、13-锤体、14-制动装置、15-传感器、16-导柱、17-静止墙、18-试件、19-滑行面、20-提升机构、21-水平安装面、22-受撞体。

具体实施方式

以下结合附图及一优选实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。 

参阅图1，本优选实施例涉及的可调刚度模拟器包括双腔缸体1、三联活塞2、单腔缸体3、受撞活塞4，受撞块4和支架6，该三联活塞2由活塞体2a、活塞体2b、活塞体2c和活塞杆2d组成，该双腔缸体1有两个工作腔分别为QA和QB，该单腔缸体3有一个工作腔QC，三个工作腔分别开有I-a、I-b、I-c三个通口，可通过管道与工作介质相通。该双腔缸体1和支架6可通过螺纹固定在安装面上，且该双腔缸体1和单腔缸体3同时与支架6配合，并通过螺纹与支架6固定，该三联活塞2的活塞体2a和活塞体2b分别与双腔缸体1的不同截面配合，活塞体2c和受撞活塞4分别与单腔缸体3的不同截面配合，受撞块5置于单腔缸体3外并与受撞活塞4相连。 

参阅图2，利用可调刚度模拟器作为波形发生器进行冲击试验时，可通过刚度调节得到各种波形。将可调刚度模拟器通过双腔缸体1上的通孔用螺钉固定在垂直冲击试验台的大质量底座7上，可调刚度模拟器的三个通口分别通过压力表11、调压阀10、管道8与工作介质9相连。垂直冲击试验台工作时，先向可调刚度模拟器的三个工作腔中注入工作介质，并调节三个工作腔的压力，使三个工作腔内工作介质的总刚度等于冲击波形所需的刚度，并使得三联活塞2和受撞活塞4处于平衡，提升装置12将垂直冲击试验台的工作台面13沿导柱16提升到设定高度，启动制动装置14，使工作台面13停留在设定高度，待提升装置12复位完成后释放制动装置14，工作台面13在重力作用下沿导柱16向下跌落，冲击安装在大质量底座7上的可调刚度模拟器的受撞块5，使得与受撞块5相连的受撞活塞4压缩工作腔QC，迫使三联活塞2向工作腔QA运动，压缩工作腔QA，使工作腔QA中的压力增大，当三联活塞2运动到一定位置，活塞体2b端部的锥面与双腔缸体1的过渡锥面配合，三联活塞2不再继续压缩工作腔QA，同时，在工作腔QA压力的作用下，三联活塞2向工作腔QC运动，并最终达到平衡。在此过程中，工作台面上安装的传感器15采集冲击试验过程中的波形信号并反馈到测量系统。通过调节模拟器的刚度，可得到任意波形。 

参阅附图3，本应用实施例是利用可调刚度模拟器代替与试件发生碰撞的物体，即受撞体，进行碰撞试验，测取试件在碰撞过程中的特性参数。将可调刚度模拟器安装在静止墙17上，试件18放置在水平安装面21上，模拟器调节方法与实施例1相同，调好后，提升机构20将水平安装面21提升一定角度，与滑行面19相接，试件18沿斜面滑下，与安装在静止墙17上的模拟体碰撞，通过安装在试件18上的传感器15采集试件18在碰撞过程中的特性参量并反馈到测量分析系统，完成一次碰撞试验。调节模拟器的刚度可模拟不同刚度受撞体与试件碰撞，分析不同刚度的受撞体对试件的作用，可进行多次试验，得到大量试验数据。 

参阅图4，还可利用可调刚度模拟器代替试件的某组件进行碰撞试验，在被代替组件不同刚度条件下，测取试件的碰撞特性参数，为试件选择最优组件提供数据支持。将与试件发生碰撞的物体，即受撞体22安装在静止墙17上，可调刚度模拟器安装在试件18上，模拟器调节方法与实施例一相同，调好后，提升机构20将水平安装面21提升一定角度，与滑行面19相接，试件18沿斜面滑下，安装在试件18上的模拟器与安装在静止墙17上的受撞体碰撞，通过安装在试件18上的传感器15采集试件18在碰撞过程中的特性参量并反馈到测量分析系统，完成一次碰撞试验。调节模拟器的刚度，可模拟不同刚度的结构对试件产生的作用，可进行多次重复试验，得到大量试验数据。 

 在可调刚度模拟器工作过程中，双腔缸体1和单腔缸体3内设置的过渡锥面为保护三联活塞2和受撞活塞4起着重要的作用。 

以上较佳实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，所作出各种变换或变型，均属于本实用新型的范畴。 

Claims (9)

1. 一种可调刚度模拟器，其特征在于，它包括双腔缸体（1）、三联活塞（2）、单腔缸体（3）、受撞活塞（4），受撞块（5）和支架（6）；

所述双腔缸体（1）与单腔缸体（3）均与支架（6）固定连接，所述支架（6）固定安装在工作面上；

所述三联活塞（2）包括依次设于活塞杆(2d)上的第一活塞体(2a)、第二活塞体(2b)和第三活塞体(2c)，所述双腔缸体（1）具有第一工作腔（QA）和第二工作腔（QB），所述单腔缸体（3）具有第三工作腔（QC）；

所述第一活塞体(2a) 和第二活塞体(2b) 分别与第一工作腔（QA）和第二工作腔（QB）配合，所述第三活塞体(2c)和受撞活塞（4）分别与第三工作腔（QC）内的不同区域紧密配合，所述受撞块（5）设于单腔缸体（3）之外，并与受撞活塞（4）连接，

所述第一、第二、第三工作腔上分别开设用于注入工作介质的第一通口（Ia）、第二通口（Ib）和第三通口（Ic）。

2. 根据权利要求1所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述双缸腔体（1）包括沿轴向依次设置的第一部分和第二部分，且第一部分的内径小于第二部分，所述第一部分和第二部分分别与第一活塞体(2a)和第二活塞体(2b)配合。

3. 根据权利要求2所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述双缸腔体（1）的第二部分与第一部分之间过渡区域具有锥形截面，该锥形截面的内径沿远离第一部分的方向逐渐增大，并与第二活塞体(2b)一端部的锥形结构配合。

4. 根据权利要求1所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述单杠腔体（3）包括沿轴向依次设置的第三部分和第四部分，且第三部分的内径大于第四部分，所述第三部分和第四部分分别与第三活塞体(2c)和受撞活塞（4）配合。

5. 根据权利要求4所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述单杠腔体（3）的第三部分与第四部分之间过渡区域具有锥形截面，该锥形截面的内径沿远离第一部分的方向逐渐减小，并与第三活塞体(2c)一端部的锥形结构配合。

6. 根据权利要求1所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述双腔缸体（1）一端与安装面固定连接，另一端与支架（6）固定连接，所述支架（6）固定设置于安装面上。

7. 根据权利要求6所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述双腔缸体双腔缸体（1）与支架（6）同轴设置。

8. 根据权利要求6或7所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述双腔缸体（1）一端经螺纹连接机构与安装面连接，所述支架（6）一侧部与安装面固定连接。

9. 根据权利要求1所述的可调刚度模拟器，其特征在于，所述支架（6）两端开设有分别与双腔缸体（1）和单腔缸体（3）配合的止口。

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