CN203148787U - 一种用于平面应力状态疲劳测试的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的用于平面应力状态疲劳测试的装置，包括各个横截面上表面的应力、应变沿轴向为单向应力，且大小相等的等强度梁(102)；等强度梁(102)通过一端的固定面(101)固定在支柱(105)上，支柱(105)与底座(106)固定连接；等强度梁(102)另一端构成自由端。本实用新型装置以等强度梁为基础，在梁的末端安装托盘，通过砝码对装置实现静态加载，保证了所施加静态载荷的准确性。在等强度梁的末端安装带离心振子的电机及相应的电机调速器，可实现一定频率的动态载荷，从而达到对测试板疲劳试验测试的目的；并根据需要控制调节疲劳载荷的大小、周期等，解决了疲劳试验机使用标准试件不便于实现平面应力的问题。

Description

一种用于平面应力状态疲劳测试的装置

技术领域

本实用新型涉及应力测试装置技术领域。

背景技术

工程中的各种薄壁结构件或者板材，航空结构件中的蒙皮、腹板、肋板等，这些结构件在工程实际中常见的一种承载形式即平面应力状态。工程中需要在平面应力状态进行试验测试及研究，如研究某些材料的平面应力状态的性能，或者一些平面应力传感器的测试、标定等，因此需要一种装置。该装置首先能在指定的材料上有效的形成平面应力状态，且更换材料方便以便于对不同的材料进行研究；其次形成的平面应力状态是能逐级加载、大小可控，直至加载到材料本身屈服或破坏；第三能对该材料施加交变载荷，便于研究其动态及疲劳性能；最后当材料等条件是已知时，反过来也能通过该装置完成对传感器的性能测试及标定等。其相应的性能指标有静载时的平面应力状态的大小、主应力的方向等，施加疲劳载荷时的最大应力、最小应力、平均应力、幅值比、频率、循环次数等。

传统的力学试验方法是采用通用的万能试验机或疲劳试验机加载，对于这些通用的试验设备，其加载控制性、针对性都不理想；如万能试验机施加的是位移载荷，该载荷非静态载荷，载荷大小不方便准确控制，并且无法施加疲劳载荷；如采用疲劳试验机加载，同样无法实现静载且平面应力状态不便于实现，存在不便于同步测试等问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于平面应力状态测试的装置，为材料的平面应力状态测试或相应传感器的测试标定提供方便的平台。

本发明创造为实现上述发明目的，采用以下技术方案：

本发明创造的用于平面应力状态疲劳测试的装置，包括各个横截面上表面的应力、应变沿轴向为单向应力，且大小相等的等强度梁；等强度梁通过一端的固定面固定在支柱上，支柱与底座固定连接；等强度梁另一端构成自由端。

进一步的，所述等强度梁呈梯形形状。

进一步的，还包括支撑等强度梁防止等强度梁长期在非测试状态变形损坏的撑杆，撑杆与底座连接。

进一步的，所述底座上设有调节底座高度的支座及实现底座移动的轮子。

进一步的，还包括设置在等强度梁的自由端的静态加载模块。

进一步的，所述静态加载模块包括悬吊在自由端加载点的下部对等强度梁加载的带挂钩的托盘，托盘内设有砝码；通过增减托盘上砝码对等强度梁逐级施加静态载荷。

进一步的，还包括设置在等强度梁的自由端的动态加载模块。

进一步的，所述动态加载模块包括离心振子电机，所述离心振子电机通过安装固定配件安装在等强度梁的自由端加载点上部；通过电机调速器实现对电机开关控制和对电机速度的控制。

进一步的，还包括设置在等强度梁上的安装测试板的安装座。

进一步的，测试板上设有传感器。

由于采用了上述技术方案，本发明创造具有如下有益效果：

1、本实用新型的平面应力状态疲劳测试装置，以等强度梁为基础，在梁的末端安装托盘，通过砝码对装置实现静态加载，保证了所施加静态载荷的准确性。

2、在等强度梁的末端安装带离心振子的电机及相应的电机调速器，偏心电机工作时配合砝码，即可实现一定频率的动态载荷，从而达到对测试板疲劳试验测试的目的；并根据需要控制调节疲劳载荷的大小、周期等，解决了疲劳试验机使用标准试件不便于实现平面应力的问题。

3、被测材料加工成板材安装在等强度梁上，板材在梁载荷作用下方便产生准确可控的静态平面应力，直到测试板材料本身屈服或破坏（>5000με），克服了万能试验机施加位移载荷不便于准确试验的问题。

4、安装座与测试板间通过螺栓固定，便于根据需要方便更换被测材料、尺寸等，便于对不同材料进行性能测试研究。

5、如果测试板材料已知，结合分析计算和标准传感器，可对平面应变传感器如电阻应变片、光纤传感器等进行性能测试及标定等。

附图说明

图1为本实用新型优选实施的整体结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1，本实施例的用于平面应力状态疲劳测试的装置，包括等强度梁组件，静态加载模块，动态加载模块及测试板模块。其中，梯形形状的等强度梁102通过一端的矩形固定面101固定在支柱105上端，支柱105下端与底座106焊接；等强度梁102另一端构成自由端，即加载端。支柱105上端加工安装孔，便于固定、安装及更换等强度梁102。底座的四个角处设有调节底座高度的支座108及实现底座移动的轮子109，底座上还设有支撑等强度梁102防止等强度梁长期在非测试状态变形损坏的撑杆107。其中，等强度梁102采用梯形结构设计，使其各个横截面上表面的应力、应变沿轴向为单向应力，且大小相等。

等强度梁自由端设置静态加载模块和动态加载模块，静态加载模块包括悬吊在等强度梁自由端加载点的下部对等强度梁加载的带挂钩的托盘，托盘内设有砝码104，通过增减托盘上砝码对等强度梁逐级施加静态载荷。等强度梁左端固定，右端自由并加载力F，则在载荷作用下，对等强度梁中性层的上、下部分各自产生拉应力、压应力，其最大应力分别为上、下表面，且在上、下表面的应力状态为单向应力状态。动态加载模块包括离心振子电机103，离心振子电机通过安装固定配件安装在等强度梁的自由端加载点上部，方便拆卸；通过电机调速器实现对电机开关控制和对电机速度的控制。当离心振子电机旋转时，由于离心振子的作用，会对梁产生与电机转动速度相等频率的周期性动态载荷，动态载荷的大小由离心振子电机决定，频率由控制器控制决定，并且在施加动态载荷时，还可配合静态加载砝码实现不同形式的载荷。

等强度梁的固定端根部上设置安装测试板的安装座110，测试板通过螺栓、垫片保持与等强度梁平面平行安装在安装座上，测试板根据测试需求选取合适的材料、加工为合适的尺寸。在使用中，如果需要对单向应力－应变测试，只需沿着梁的轴线方向敷设传感器测试，即可得到单向应力－应变状态。如果传感器的敷设方向或测试方向不是沿平行着梁的轴线方向即可得到平面应力－应变状态。

当等强度梁承受离心振子电机和砝码施加的载荷时，即在测试板表面产生相应的应力、应变，其应力状态为典型平面应力状态，且应力主方向为分别为沿梁的轴向和梁的横向。由于安装座具有一定的高度，测试板距等强度梁中性层的距离要大于等强度梁上表面到中性层的距离，所以根据力学原理，传递到测试板上的应力、应变要大于等强度梁上的最大应力、应变，在需要的情况下可以通过对等强度梁加载直到测试板屈服或破坏而等强度梁及装置本身仍然完好，其具体应力、应变值可以通过计算分析或有限元分析得到，并可通过标准传感器测试得到；同理当测试板材料等条件已知时也可对相关传感器进行测试即标定。

应当说明，本领域技术人员在上述优选实施例的基础上，在不脱离本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：包括各个横截面上表面的应力、应变沿轴向为单向应力，且大小相等的等强度梁(102)；等强度梁(102)通过一端的固定面(101)固定在支柱(105)上，支柱(105)与底座(106)固定连接；等强度梁(102)另一端构成自由端。

2.根据权利要求1所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：所述等强度梁(102)呈梯形形状。

3.根据权利要求1所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：还包括支撑等强度梁(102)防止等强度梁长期在非测试状态变形损坏的撑杆(107)，撑杆(107)与底座(106)连接。

4.根据权利要求1所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：所述底座(106)上设有调节底座高度的支座(108)及实现底座移动的轮子(109)。

5.根据权利要求1或2所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：还包括设置在等强度梁(102)的自由端的静态加载模块。

6.根据权利要求5所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：所述静态加载模块包括悬吊在自由端加载点的下部对等强度梁加载的带挂钩的托盘，托盘内设有砝码(104)；通过增减托盘上砝码对等强度梁逐级施加静态载荷。

7.根据权利要求1或2所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：还包括设置在等强度梁(102)的自由端的动态加载模块。

8.根据权利要求7所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：所述动态加载模块包括离心振子电机(103)，所述离心振子电机通过安装固定配件安装在等强度梁的自由端加载点上部；通过电机调速器实现对电机开关控制和对电机速度的控制。

9.根据权利要求1所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：还包括设置在等强度梁上的安装测试板的安装座(110)。

10.根据权利要求9所述的用于平面应力状态疲劳测试的装置，其特征是：所述测试板上设有传感器。

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