CN205538468U - 定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，实验平台上设有平台导向孔及两组滑道，两个滑动夹紧装置分别安装在两组滑道上并能够沿滑道作相向、相离运动，滑动夹紧装置具有滑块以及与滑块配合对复合材料实验试片形成夹紧的压紧块，施力装置具有一调节部以及一施力部，施力部对复合材料实验试片的上下表面施加压力，且施力部在与复合材料实验试片其中一表面的接触处设有压力传感器，应力应变测量装置包括设在复合材料实验试片上的应变片以及与压力传感器、应变片均相连的应力应变测试仪。本实用新型获得装配间隙、装配力与装配连接件应力应变的关联，利于揭示装配间隙对复材材料构件力学性能的影响。

Description

定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置

技术领域

本实用新型涉及力学实验装置，具体涉及定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置。

背景技术

先进复合材料因其高比刚度、高比强度、抗疲劳、耐腐蚀等多种优异性能，在飞机结构中得到越来越广泛的应用，其用量已成为衡量现代飞机先进性的重要指标之一。据统计，对于由先进复合材料制造的飞机结构，装配所占飞机制造总成本和工作量的25-50%。但是目前的研究更多地集中在复合材料构件的设计和制造上，而对后续的装配问题研究较少，相比而言，装配是复合材料在飞机上应用的薄弱环节。由于受本身性质以及成型工艺方法限制，与金属零构件相比，复合材料构件制造的尺寸与几何精度不易控制，其厚度、角度、平面度、位置度、平行度等尺寸和几何偏差较大，且复合材料刚性高，基体较脆，层间强度较弱，在装配中允许的变形小，一般也不允许挫修和加工，在装配设计时需要考虑一定的装配间隙所产生的力学性能的影响。

在实际飞机装配过程中，由于复合材料构件的制造误差及装配中的定位误差，构件连接处不可避免地存在一定的、即使很小的装配间隙。采用紧固件将两复合材料构件连接起来后，由于构件的变形消除间隙，这样，势必在构件内部产生附加应变和装配应力，从而会对复合材料构件装配产生不良影响，而复合材料构件层间强度较低，容易分层（delamination），会导致装配质量难以控制。所以发明一种能够模拟针对不同装配间隙，飞机复合材料构件装配连接的实验台，进而揭示装配间隙的影响规律，对于定量研究复合材料构件装配的力学性能，这是极其必要的。以试片的形式代替实际中的装配单元，能够较好的反应装配间隙、装配力、连接件与复合材料构件之间的应力应变关联关系，获得结构力学性能的实验结果。

现有飞机复合材料构件装配模拟实验装置，主要是研究具体构件在装配过程中受不同因素（温度、湿度、孔隙、铺层、预紧力、结构型式等）影响的变形规律，未涉及定量研究由于装配间隙而引起的变形对复合材料构件内部应力应变、以及对结构力学性能的影响。因此设计复合材料装配过程中内部应力应变的实验装置成为迫切需要。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本实用新型提供的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，能够模拟不同装配条件对复合材料构件力学性能进行影响的力学实验台。

技术方案：本实用新型所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，包括实验平台、施力装置、应力应变测量装置以及两个滑动夹紧装置，所述实验平台上设有平台导向孔及两组滑道，两组滑道相对于平台导向孔对称设置，两个滑动夹紧装置分别安装在两组滑道上并能够沿滑道作相向、相离运动，所述滑动夹紧装置具有与所述滑道连接的滑块以及与滑块配合对复合材料实验试片形成夹紧的压紧块，所述施力装置具有调节部以及跟随调节部变化施力大小的施力部，施力部对复合材料实验试片的上下表面施加压力，且施力部在与复合材料实验试片其中一表面的接触处设有压力传感器，所述应力应变测量装置包括设在复合材料实验试片上的应变片以及与压力传感器、应变片均相连的应力应变测试仪。两个滑动夹紧装置在滑道上作相向、相离运动能够实现固定在滑动夹紧装置上复合材料实验试片装置间隙的调节，调节部控制施力部为复合材料实验试片提供不同的装配力，利用应力应变测试仪即可揭示装配间隙、装配力与应力、应变之间的关系。

进一步完善上述技术方案，所述调节部与所述施力部通过上T形杠杆、下T形杠杆连接，上T形杠杆包括水平段以及插槽状的垂直段，下T形杠杆包括水平段以及插杆状的垂直段，下T形杠杆的垂直段插入上T形杠杆的垂直段并铰接相连，上T形杠杆水平段与下T形杠杆水平段的两端部之间分别设置所述调节部和施力部。

进一步地，所述上T形杠杆、下T形杠杆水平段与垂直段的连接处距所述调节部的距离大于距所述施力部的距离。

进一步地，所述实验平台中部设有安装孔，安装孔两侧设有弧形轴座，所述上T形杠杆、下T形杠杆分别设置在所述实验平台的上侧、下侧并铰接在所述安装孔处，铰接处通过转轴连接，转轴两端设有轴套并与所述弧形轴座固定连接。

进一步地，所述调节部包括顶头导向架、双头螺柱和球形顶头，所述顶头导向架呈矩形框状，矩形框的上框中部、下框中部均设有顶头导向孔，且下框中部的顶头导向孔处设有挡片，所述球形顶头为两个、分别安装在所述顶头导向孔处并通过所述双头螺柱连接，双头螺柱两头的螺纹旋向相反，所述球形顶头的导向键与顶头导向孔上的键槽相配合；所述施力部包括压头导向架、球形压头、复位弹簧和调节螺钉，所述压头导向架呈“门”字型，“门”字型中部设有与所述平台导向孔相对应的压头导向孔，所述球形压头为两个，分别安装在所述平台导向孔、压头导向孔处，所述球形压头均连接有复位弹簧和调节螺钉，其中安装在所述压头导向孔处的所述球形压头连接的调节螺钉设置有所述压力传感器。

进一步地，所述实验平台在所述滑道端设有用于固定所述压头导向架的安装孔，在相对于所述滑道的另一端设有用于安装所述顶头导向架的矩形开口。

进一步地，每组所述滑道为两条平行设置带有刻度的滑槽。

进一步地，所述滑动夹紧装置还包括与所述滑槽平行设置用于限定所述滑块滑行方向的挡块。

进一步地，所述滑块通过螺栓锁死在所述滑道上，所述压紧块通过压紧螺钉与所述滑块连接对复合材料实验试片形成夹紧。

进一步地，所述复合材料实验试片层叠设置，相邻两个复合材料实验试片之间设有至少一个垫片。设置不同数量的垫片实现不同装配间隙高度的调节。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点：本实用新型以复合材料实验试片当量模型代替实际装配单元，实现模拟不同装置间隙高度、间隙跨距、不同夹紧力等装配条件对复合材料试片力学性能的影响，从而获得装配间隙、装配力与装配连接件应力（应变）的关联关系，利于揭示装配间隙对复材连接件结构力学性能的影响规律，具有可变因素多，实验条件适应性强、实验结果可靠等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明滑动夹紧装置的结构示意图；

图3是本发明施力装置的结构示意图；

图4是本发明实验平台的结构示意图；

图5是本发明复合材料实验试片的结构示意图。

图中：1、数字应变仪，2、滑块，3、压紧块，4、挡块，5、螺栓，6、压紧螺钉，7、压头导向架，8、顶头导向架，9、球形顶头，10、双头螺柱，11、挡片，12、球形压头，13、复位弹簧，14、调节螺钉，15压力传感器，16、转轴，17、上T形杠杆 ，18、下T形杠杆， 19、轴套 ，20、导向键，21、滑槽，22、平台导向孔，23、复合材料实验试片。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明。

实施例 1 ：如图1、图5所示的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，包括复合材料实验试片23、实验平台、滑动夹紧装置、施力装置、应力应变测量装置；

如图4所示的实验平台，一端设有矩形开口、矩形开口两侧设有矩形轴座，中间设有安装孔、安装孔两侧设有弧形轴座，另一端设有带有刻度的滑槽21和平台导向孔22；滑槽21为四条、两两对齐分布，在平台导向孔两侧形成对称的两组滑道，滑动夹紧装置为两个，分别安装在两组滑道上并沿滑道作相向、相离运动。

如图2所示的滑动夹紧装置，包括滑块2、压紧块3和挡块4，滑块2为两阶阶梯状、滑块2通过安装在其底部阶梯上的两个螺栓5固定在滑槽21上，压紧块3通过两压紧螺钉6与滑块2连接将复合材料实验试片23夹紧在压紧块3与滑块2之间，挡块4固定在实验平台上与滑槽21平行并与滑块2接触保证滑块2的运动方向。

如图3所示的施力装置，包括压头导向架7、顶头导向架8、球形顶头9、双头螺柱10、挡片11、球形压头12、复位弹簧13、调节螺钉14、压力传感器15、转轴16、上T形杠杆17、下T形杠杆18和轴套19；上T形杠杆17与下T形杠杆18分别设置在实验平台的上方和下方，下T形杠杆18的垂直段为插杆，上T形杠杆17的垂直段为与插杆相配合的插槽，下T形杠杆18的插杆插入插槽并通过同时穿过插杆、插槽的转轴铰接在实验平台的安装孔处，转轴两端通过轴套19锁紧并与弧形轴座相连接。顶头导向架8设置在实验平台的矩形开口处，顶头导向架8呈矩形框状，矩形框两侧与矩形轴座相连，矩形框的上框中部和下框中部均设有顶头导向孔，球形顶头9安装在顶头导向孔处并通过导向键20与顶头导向孔的键槽相配合，两个球形顶头9的顶头端分别与上T形杠杆17、下T形杠杆18接触相连，两个球形顶头9相对顶头端的另一端通过双头螺柱10相连，双头螺柱10两头的螺纹旋向相反；挡片11安装在矩形框底端顶头导向孔处，旋转挡片11防止双头螺柱10和球形顶头9在实验平台处于不同的工作状态下出现脱落。压头导向架7设在实验平台上且正对实验平台上的滑槽21和平台导向孔22，压头导向架7与平台导向孔22对应处设有压头导向孔，球形压头12为两个，分别安装在压头导向孔和平台导向孔22处，两个球形压头12处均连接有复位弹簧13和调节螺钉14，上调节螺钉14和压力传感器15接触，通过调整调节螺钉14可适应不同高度的装配间隙。

工作原理：根据滑槽21的刻度，将滑块2沿挡块4在滑槽21内移动至所需间隙跨距并将通过底部螺栓5拧紧锁死。在滑块上，将复合材料实验试片23搭接成所需模型，所需间隙高度由设于相邻复合材料实验试片之间的垫片架空所得，将数字应变仪1的应变片粘贴在试片上，用压紧块3将试片夹紧。调整调节螺钉14使上下两个球形压头与复合材料实验试片23接触，确保能够同时施力。

用扳手转动双头螺柱10，在顶头导向架8的作用下，上下两个球形顶头9与双头螺柱10之间将作相向或相离的直线运动。当上下两个球形顶头9作相离的直线运动时，分别顶开上T形杠杆17、下T形杠杆 18的长端力臂，杠杆短端力臂则向中间收缩靠近，分别压紧上下两个球形压头12，在压头导向架7和平台导向孔22的作用下，球形压头12作相向直线运动，夹紧两复合材料实验试片23。不断转动双头螺柱10，两球形压头12继续相向直线运动，可使两复合材料实验试片23靠紧接触；反向转动双头螺柱10，上述过程可逆，球形压头12与导套之间的复位弹簧13可使球形压头12复位。

应力应变测量装置包括设在复合材料实验试片23上的应变片、与压力传感器15相连的外设应力数显设备以及与应变片均相连的数字应变仪1。通过球形压头12与复合材料实验试片23之间的压力传感器及外设应力数显设备，可实时获取两试片所受的作用力；通过粘附在两复合材料实验试片23上不同部位的应变片及外设数字应变仪，可实时获取两试片上不同部位的应力应变值。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：包括实验平台、施力装置、应力应变测量装置以及两个滑动夹紧装置，所述实验平台上设有平台导向孔及两组滑道，两组滑道相对于平台导向孔对称设置，两个滑动夹紧装置分别安装在两组滑道上并能够沿滑道作相向、相离运动，所述滑动夹紧装置具有与所述滑道连接的滑块以及与滑块配合对复合材料实验试片形成夹紧的压紧块，所述施力装置具有调节部以及跟随调节部变化施力大小的施力部，施力部对复合材料实验试片的上下表面施加压力，且施力部在与复合材料实验试片其中一表面的接触处设有压力传感器，所述应力应变测量装置包括设在复合材料实验试片上的应变片以及与压力传感器、应变片均相连的应力应变测试仪。

2.根据权利要求1所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述调节部与所述施力部通过上T形杠杆、下T形杠杆连接，上T形杠杆包括水平段以及插槽状的垂直段，下T形杠杆包括水平段以及插杆状的垂直段，下T形杠杆的垂直段插入上T形杠杆的垂直段并铰接相连，上T形杠杆水平段与下T形杠杆水平段的两端部之间分别设置所述调节部和施力部。

3.根据权利要求2所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述上T形杠杆、下T形杠杆水平段与垂直段的连接处距所述调节部的距离大于距所述施力部的距离。

4.根据权利要求2所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述实验平台中部设有安装孔，安装孔两侧设有弧形轴座，所述上T形杠杆、下T形杠杆分别设置在所述实验平台的上侧、下侧并铰接在所述安装孔处，铰接处通过转轴连接，转轴两端设有轴套并与所述弧形轴座固定连接。

5.根据权利要求1所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述调节部包括顶头导向架、双头螺柱和球形顶头，所述顶头导向架呈矩形框状，矩形框的上框中部、下框中部均设有顶头导向孔，且下框中部的顶头导向孔处设有挡片，所述球形顶头为两个、分别安装在所述顶头导向孔处并通过所述双头螺柱连接，双头螺柱两头的螺纹旋向相反，所述球形顶头的导向键与顶头导向孔上的键槽相配合；所述施力部包括压头导向架、球形压头、复位弹簧和调节螺钉，所述压头导向架呈“门”字型，“门”字型中部设有与所述平台导向孔相对应的压头导向孔，所述球形压头为两个，分别安装在所述平台导向孔、压头导向孔处，所述球形压头均连接有复位弹簧和调节螺钉，其中安装在所述压头导向孔处的所述球形压头连接的调节螺钉设置有所述压力传感器。

6.根据权利要求5所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述实验平台在所述滑道端设有用于固定所述压头导向架的安装孔，在相对于所述滑道的另一端设有用于安装所述顶头导向架的矩形开口。

7.根据权利要求1所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：每组所述滑道为两条平行设置带有刻度的滑槽。

8.根据权利要求7所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述滑动夹紧装置还包括与所述滑槽平行设置用于限定所述滑块滑行方向的挡块。

9.根据权利要求1所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述滑块通过螺栓锁死在所述滑道上，所述压紧块通过压紧螺钉与所述滑块连接对复合材料实验试片形成夹紧。

10.根据权利要求7所述的定量研究装配间隙对复合材料构件影响的力学实验装置，其特征在于：所述复合材料实验试片层叠设置，相邻两个复合材料实验试片之间设有至少一个垫片。