CN208270318U - 用于结构压缩试验的加载装置 - Google Patents

Abstract

结构压缩试验加载装置，包括底座、加载系统和约束系统，其中，约束系统包括被加载系统驱动在压缩方向上平移的作动部件以及固定在底座上的固定部件，作动部件与固定部件之间的相对侧上分别安装有第一加载端支架和第二加载端支架，用于限制置于第一加载端支架与第二加载端支架之间的试验件的加载端的运动，约束系统还包括侧边简支约束支架和侧边简支约束滚针，其中，侧边简支约束支架设置于试验件两侧，从而通过与侧边简支约束滚针之间的滚动配合而实现对试验件的侧边的简支约束。

Description

用于结构压缩试验的加载装置

技术领域

本实用新型属于航空结构强度测试技术领域，涉及一种用于结构压缩试验的加载装置，所述结构例如是航空领域中使用的蜂窝壁板结构。

背景技术

飞机机身、机翼以及尾翼等部件均以加筋壁板和蜂窝壁板结构为主。壁板结构在压缩载荷作用下的破坏模式较多，有整体屈曲、局部屈曲、压损破坏等，这些破坏模式跟壁板的边界约束方式紧密相关。

简支与固支是目前壁板结构工程分析方法、有限元分析方法中所采用的主要的边界约束形式，在分析时这两种约束方式均较容易实现。在本文中，“简支”作为一种边界约束方式的力学术语，意味着约束仅限制平移，而不限制转动，即支撑端不承受弯矩。相对地，“固支”则意味着平移和转动均被限制，即支撑端可以承受弯矩。然而，要在实际试验过程中实现理论状态下的简支、固支的约束方式比较困难。

试验边界模拟一直是试验技术领域重点关心和急于解决的难题。在壁板结构的压缩试验时，设计出满足试验边界要求的试验装置面临很大的挑战。

现有试验装置已经很好地实现了固支约束方式的模拟，固支约束一般通过两排螺栓将试验件加载端与试验夹具连接来模拟(CN102288483)；对于简支一般通过滚针来约束加载端的平移自由度，而放开转动自由度(CN102288483)。但是上述研究均只考虑的加载端的固支、简支约束，而未考虑对试验件侧边的约束，从而与试验件实际受载情况存在一定区别，无法精确反映试验件的真实受力状态。

现有的压缩试验机还存在试验件尺寸匹配的问题，采购对应试验件尺寸的压缩试验机成本高。

实用新型内容

为了在壁板试验过程中模拟侧边简支约束，并且实现加载端简支/固支约束可变换，设计了这套壁板压缩试验的加载装置，同时本实用新型采用了作动筒拉伸的形式来实现对壁板的施压均匀的压缩载荷。

本实用新型的第一目的在于设计一种结构压缩试验的加载装置，该加载装置可用于模拟侧边简支。

本实用新型的第二目的在于设计一种结构压缩试验的加载装置，该加载装置可实现加载端简支与固支之间的变换。

本实用新型的第三目的在于设计一种结构压缩试验的加载装置，该加载装置利用作动筒的拉伸作用来施加载荷，从而实现对壁板试验件的压缩加载。

为此，本实用新型提供了一种结构压缩试验加载装置，包括底座、加载系统和约束系统，其中，

所述约束系统包括被所述加载系统驱动在压缩方向上平移的作动部件以及固定在所述底座上的固定部件，所述作动部件与所述固定部件之间的相对侧上分别安装有第一加载端支架和第二加载端支架，用于限制置于所述第一加载端支架与所述第二加载端支架之间的试验件的加载端的运动，其特征在于，

所述约束系统还包括侧边简支约束支架和侧边简支约束滚针，其中，所述侧边简支约束支架设置于所述试验件两侧，从而通过与所述侧边简支约束滚针之间的滚动配合而实现对所述试验件的侧边的简支约束。

根据本实用新型的优选实施例，所述第一加载端支架和所述第二加载端支架为端部固支夹具或端部简支夹具。

根据本实用新型的优选实施例，所述端部简支夹具包括简支端头和简支端头支撑件，所述简支端头支撑件用于将所述简支端头连接至所述作动部件或所述固定部件，所述简支端头能够绕所述简支端头支撑件转动，从而实现对所述试验件的加载端的简支约束。

根据本实用新型的优选实施例，所述端部固支夹具包括固支端头和固支端头螺栓，所述固支端头螺栓用于将所述固支端头连接至所述作动部件或所述固定部件，从而实现对所述试验件的加载端的固支约束。

根据本实用新型的优选实施例，所述固定部件包括平台导向架，所述作动部件包括导向柱和第一端部连接架，其中，

所述平台导向架固定于所述底座上且设置有孔，

所述导向柱穿过所述平台导向架上的所述孔且可相对于所述平台导向架在所述压缩方向上平移，

所述第一端部连接架固定在所述导向柱的一端，从而与所述导向柱一起作为所述作动部件，使得所述加载系统带动所述第一端部连接架和所述导向柱整体平移，从而压缩置于所述第一端部连接架与所述平台导向架之间的试验件。

根据本实用新型的优选实施例，所述作动部件还包括第二端部连接架，所述第二端部连接架固定在所述导向柱的与所述第一端部连接架相对的另一端，从而与所述导向柱和所述第一端部连接架一起作为所述作动部件整体平移，且所述第二端部连接架与所述加载系统连接，从而将所述加载系统的拉伸载荷转换为对所述试验件的压缩载荷。

根据本实用新型的优选实施例，所述约束系统还包括脚轮，所述脚轮与所述第二端部连接架连接并搁置于所述底座上，以便于所述第二端部连接架的平移。

根据本实用新型的优选实施例，所述底座上沿压缩方向设置有导轨，所述第一端部连接架通过滑动滚针垫块与所述导轨配合，以便于所述第一端部连接架的平移。

根据本实用新型的优选实施例，所述约束系统还包括限位套管，所述限位套管套在所述导向柱的端部处，从而与所述平台导向架和所述导向柱配合，以保证所述作动部件沿所述压缩方向平移。

根据本实用新型的优选实施例，所述加载系统包括承力角盒和加载作动筒，所述承力角盒固定安装在所述底座上，所述加载作动筒的固定端与所述承力角盒连接，且所述加载作动筒的作动端驱动所述约束系统的所述作动部件。

根据本实用新型的优选实施例，所述加载作动筒经由载荷传感器驱动所述约束系统的所述作动部件，所述载荷传感器用于测量所述加载作动筒施加的载荷。

根据本实用新型的加载装置可以满足不同尺寸的壁板试验件，同时具有制造成本低，拆装便捷的优点；根据本实用新型的加载装置嵌入了侧边简支的约束系统，可以实现对试验件的侧边简支约束，从而更接近试验件的真实受载状态；根据本实用新型的加载装置可以满足两种约束方式(加载端固支侧边简支、四边简支)的压缩试验；根据本实用新型的加载装置还实现了利用加载系统的拉伸载荷对试验件的压缩加载。

附图说明

图1是根据本实用新型的加载装置的优选实施例的立体图；

图2A是图1中所示的根据本实用新型的加载装置的优选实施例的正视图；

图2B是图1中所示的根据本实用新型的加载装置的优选实施例的俯视图；

图3是端部简支夹具的优选实施例的立体图；

图4是端部固支夹具的优选实施例的立体图。

附图标记列表

100 结构压缩试验加载装置

110 底座

111 导轨

120 加载系统

121 承力角盒

122 加载作动筒

123 载荷传感器

130 约束系统

131 平台导向架

132 导向柱

133A 第一端部连接架

133B 第二端部连接架

134A 第一加载端支架

134B 第二加载端支架

135 侧边简支约束支架

136 侧边简支约束滚针

137 滑动滚针垫块

138 脚轮

139 限位套管

200 试验件

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例作进一步详细的说明。

参见图1至图2B，示出了一种根据本实用新型的优选实施例的用于结构压缩试验的加载装置100，加载装置100包括底座110、加载系统120和约束系统130。

在优选的实施例中，加载系统120可包括承力角盒121和加载作动筒122。其中，承力角盒121例如通过螺纹连接等方式固定安装在底座110上。优选地，承力角盒121在底座110上的位置可根据实际需要而调整。加载作动筒122的固定端与承力角盒121连接，且加载作动筒122的作动端驱动之后将详细描述的约束系统130的作动部件。优选地，加载作动筒122可通过与其连接的双耳螺栓以及与该双耳螺栓配合的螺栓套管和螺母与承力角盒121连接。此时，双耳螺栓以及螺栓套管为加载作动筒122提供约束反力。优选地，加载作动筒122可通过加载耳片和螺栓螺母与约束系统130的作动部件连接，从而将加载作动筒122的载荷传递到约束系统130，以实现对试验件200的加载。

在优选的实施例中，加载作动筒122经由载荷传感器123驱动约束系统130的作动部件。例如，载荷传感器123可设置在加载作动筒的作动端与约束系统130的作动部件之间。载荷传感器123可用于测量加载作动筒122施加的载荷。

约束系统130包括被加载系统120驱动在压缩方向上平移的作动部件以及固定在底座110上的固定部件。

特别地，在如图1至图2B中所示的优选的实施例中，固定部件可包括平台导向架131。具体地，平台导向架131固定于底座110上且设置有孔。当平台导向架131例如由在压缩方向上分布的多个构件形成时，相应的孔沿压缩方向排布，使得作动部件的一部分可穿过相应的孔而在压缩方向上平移。在优选的实施例中，平台导向架131的各构件之间可设置有一个或多个(图1中所示为2个)垫块，以防止各构件的变形或偏移。在优选的实施例中，平台导向架131例如通过螺纹连接方式固定在底座110上。平台导向架131也可通过其他常用的可拆卸或不可拆卸的连接方式固定在底座110上。

在图1至图2B中还可见到，作动部件包括导向柱132和第一端部连接架133A。

导向柱132具有与平台导向架131上的孔相配合的外形，并穿过平台导向架131上的孔，使得导向柱可相对于平台导向架131在压缩方向上平移。

第一端部连接架133A例如通过螺栓固定在导向柱132的一端，从而与导向柱132固定在一起作为作动部件，使得加载系统120带动第一端部连接架133A和导向柱132整体平移，从而压缩置于第一端部连接架133A与平台导向架131之间的试验件200。试验件200例如是航空领域中使用的蜂窝壁板结构。

在优选的实施例中，作动部件还可包括第二端部连接架133B。第二端部连接架133B例如通过螺栓固定在导向柱132的与第一端部连接架133A相对的另一端，从而与导向柱132和第一端部连接架133A一起作为作动部件整体平移，且第二端部连接架133B与加载系统120连接，从而将加载系统120的拉伸载荷转换为对试验件200的压缩载荷。

作动部件与固定部件之间的相对侧上分别安装有第一加载端支架134A和第二加载端支架134B，用于限制置于第一加载端支架134A与第二加载端支架134B之间的试验件200的加载端的运动。

为了对试验件200的加载端进行约束，第一加载端支架134A和第二加载端支架134B可为端部固支夹具或端部简支夹具。这样一来，可通过将第一加载端支架134A和第二加载端支架134B在端部固支夹具或端部简支夹具之间替换而至少实现对试验件200的四边简支，或加载端固支、两侧简支。

如图3中所示，端部简支夹具的优选实施例可包括简支端头和简支端头支撑件。其中，简支端头支撑件用于将简支端头连接至作动部件或固定部件，简支端头能够绕简支端头支撑件转动，从而实现对试验件200的加载端的简支约束。

如图4中所示，端部固支夹具的优选实施例可包括固支端头和固支端头螺栓，固支端头螺栓用于将固支端头连接至作动部件或固定部件，从而实现对试验件200的加载端的固支约束。

约束系统130还包括侧边简支约束支架135和侧边简支约束滚针136。其中，侧边简支约束支架135设置于试验件200两侧，侧边简支约束滚针136仅约束试验件200的侧向位移而不约束其转动，从而侧边简支约束支架135通过与侧边简支约束滚针136之间的滚动配合而实现对试验件200的侧边的简支约束。

在优选的实施例中，约束系统130还可包括脚轮138，脚轮138与第二端部连接架133B连接并搁置于底座110上，以便于第二端部连接架133B的平移。

在优选的实施例中，约束系统130还可包括限位套管139，限位套管139套在导向柱132的端部处，从而与平台导向架131和导向柱132配合，以保证作动部件沿压缩方向平移。换言之，限位套管139保证了对试验件200的纯压缩加载以及试验件200受载的均匀性。

在优选的实施例中，底座110上可沿压缩方向设置有导轨111，第一端部连接架133A通过滑动滚针垫块137与导轨111配合，以便于第一端部连接架133A的平移。其中，滑动滚针垫块137可为整体的，或可对应于各个导轨分离地设置。滑动滚针垫块137沿导轨111平移，其侧向移动被限制。在图1中所示的实施例中，导轨111为平行设置的两根导轨，还可根据需要设置一根导轨111，或彼此平行的多根导轨111。导轨111可通过任何已知的方式固定在底座110上，诸如但不限于，胶接、栓接、焊接等。导轨111、滑动滚针垫块137与平台导向架131共同保证导向柱132沿压缩方向平移，从而确保载荷为纯压缩而无侧向分量。

为满足不同尺寸试验件200的试验要求，可调整侧边简支约束支架135的位置与导向柱132的长度。若试验件200的侧边比较长，则可以增加侧边简支约束支架135的数量。

以上结合具体的优选实施例对本实用新型的构思作了详细说明，然而对于本领域普通技术人员而言，在本实用新型构思范围内的进一步的修改和变形将会不言自明，这些修改和变形都落于所附权利要求书的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于结构压缩试验的加载装置(100)，包括底座(110)、加载系统(120)和约束系统(130)，其中，

所述约束系统(130)包括被所述加载系统(120)驱动在压缩方向上平移的作动部件以及固定在所述底座(110)上的固定部件，所述作动部件与所述固定部件之间的相对侧上分别安装有第一加载端支架(134A)和第二加载端支架(134B)，用于限制置于所述第一加载端支架(134A)与所述第二加载端支架(134B)之间的试验件(200)的加载端的运动，其特征在于，

所述约束系统(130)还包括侧边简支约束支架(135)和侧边简支约束滚针(136)，其中，所述侧边简支约束支架(135)设置于所述试验件(200)两侧，从而通过与所述侧边简支约束滚针(136)之间的滚动配合而实现对所述试验件(200)的侧边的简支约束。

2.根据权利要求1所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述第一加载端支架(134A)和所述第二加载端支架(134B)为端部固支夹具或端部简支夹具。

3.根据权利要求2所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述端部简支夹具包括简支端头和简支端头支撑件，所述简支端头支撑件用于将所述简支端头连接至所述作动部件或所述固定部件，所述简支端头能够绕所述简支端头支撑件转动，从而实现对所述试验件(200)的加载端的简支约束。

4.根据权利要求2所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述端部固支夹具包括固支端头和固支端头螺栓，所述固支端头螺栓用于将所述固支端头连接至所述作动部件或所述固定部件，从而实现对所述试验件(200)的加载端的固支约束。

5.根据权利要求1所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述固定部件包括平台导向架(131)，所述作动部件包括导向柱(132)和第一端部连接架(133A)，其中，

所述平台导向架(131)固定于所述底座(110)上且设置有孔，

所述导向柱(132)穿过所述平台导向架(131)上的所述孔且可相对于所述平台导向架(131)在所述压缩方向上平移，

所述第一端部连接架(133A)固定在所述导向柱(132)的一端，从而与所述导向柱(132)一起作为所述作动部件，使得所述加载系统(120)带动所述第一端部连接架(133A)和所述导向柱(132)整体平移，从而压缩置于所述第一端部连接架(133A)与所述平台导向架(131)之间的试验件(200)。

6.根据权利要求5所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述作动部件还包括第二端部连接架(133B)，所述第二端部连接架(133B)固定在所述导向柱(132)的与所述第一端部连接架(133A)相对的另一端，从而与所述导向柱(132)和所述第一端部连接架(133A)一起作为所述作动部件整体平移，且所述第二端部连接架(133B)与所述加载系统(120)连接，从而将所述加载系统(120)的拉伸载荷转换为对所述试验件(200)的压缩载荷。

7.根据权利要求6所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述约束系统(130)还包括脚轮(138)，所述脚轮(138)与所述第二端部连接架(133B)连接并搁置于所述底座(110)上，以便于所述第二端部连接架(133B)的平移。

8.根据权利要求5所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述底座(110)上沿压缩方向设置有导轨(111)，所述第一端部连接架(133A)通过滑动滚针垫块(137)与所述导轨(111)配合，以便于所述第一端部连接架(133A)的平移。

9.根据权利要求5所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述约束系统(130)还包括限位套管(139)，所述限位套管(139)套在所述导向柱(132)的端部处，从而与所述平台导向架(131)和所述导向柱(132)配合，以保证所述作动部件沿所述压缩方向平移。

10.根据权利要求1所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述加载系统(120)包括承力角盒(121)和加载作动筒(122)，所述承力角盒(121)固定安装在所述底座(110)上，所述加载作动筒(122)的固定端与所述承力角盒(121)连接，且所述加载作动筒(122)的作动端驱动所述约束系统(130)的所述作动部件。

11.根据权利要求10所述的用于结构压缩试验的加载装置(100)，其特征在于，

所述加载作动筒(122)经由载荷传感器(123)驱动所述约束系统(130)的所述作动部件，所述载荷传感器(123)用于测量所述加载作动筒(122)施加的载荷。