WO2023029146A1 - 一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置及方法，涉及航天力学测试技术领域。该装置包括水平板、竖直框架、舱壁连接结构和加载安装座，水平板模拟舱体内的安装板结构，水平板安装在柱形舱段壁板结构上，舱壁连接结构包括转接块和连接梁，模拟舱体内的纵向和横向传力结构，竖直框架与水平板、舱壁连接结构固定连接，模拟舱体壁板结构的纵向承载，加载安装座固定在水平板或竖直框架上，模拟柱形舱段壁板结构实际承载位置及纵向和横向加载装置安装。利用该装置进行柱形舱段壁板结构静力试验，模拟其结构承载及传力路径，同时模拟舱段壁板结构的横向和纵向载荷，提高了试验精度，保证了试验结构的可靠性和科学性。
Description
本发明涉及航天力学测试技术领域，尤其是一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置及方法。
货运飞船、空间站等大型航天器多为柱形舱段，柱形舱段内部的货仓或仪器舱均采用多层壁板结构。为保证航天器在使用过程中的结构可靠性和稳定性，其承载能力结构设计是首要目标。在研制过程中，需要在实验室的条件下，模拟航天器的承载形式，对其结构进行考核和验证。
在静力试验过程中，受柱形舱段内部空间和试验模拟装置条件的限制，柱形舱段壁板结构的静力试验与实际承载形式差异较大。同样载荷条件下，不同的工装、模拟装置的设计形式导致传力路径失真，从而造成舱段结构局部过考核或壁板结构欠考核，为保证柱形舱段内壁板结构的承载考核，必须使用较高可靠性和精度的模拟装置进行静力试验。
现有技术中并没有专门用于柱形舱段壁板结构静力试验的模拟装置，通常是采用真实壁板结构参试，所以在加工周期、成本上通常无法满足试验需求，因此需要从设计、加工、材料等多个方面综合考虑，设计适用于柱形舱段壁板结构的静力试验模拟装置，模拟柱形舱段壁板结构在静力试验中的承载考核。
为了解决目前柱形舱段壁板结构静力试验过程中，柱形舱段壁板结构模拟装置传力路径失真给试验考核精度带来的不利影响。本发明提供了一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置及方法，用于模拟整舱段主结构的传力路径，试验装置满足了整舱段主结构、局部结构的强度和刚度要求，同时还可以模拟结构的纵向和横向受力模式，避免了模拟结构强度、刚度、传力路径与真实结构不同引起的试验精度超差。具体技术方案如下。
一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，包括水平板、竖直框架、舱壁连接结构和加载安装座，水平板模拟舱体内的安装板结构，水平板安装在柱形舱段内壁上；所述舱壁连接结构包括转接块和连接梁，模拟舱体内的纵向和横向传力结构；所述竖直框架与水平板、舱壁连接结构固定连接，模拟舱体壁板结构的纵向承载；加载安装座固定在水平板或竖直框架上，模拟柱形舱段壁板结构实际承载位置及纵向和横向加载装置安装。
优选的是，水平板和舱壁连接结构通过螺钉固定在柱形舱段上，所述竖直框架竖向布置，并与水平板和舱壁连接结构可拆卸连接。
优选的是，柱形舱段使用铝材制作，直筒端设置多层壁板；所述水平板采用铝板制作，水平板通过舱壁连接孔固定连接。
还优选的是，柱形舱段呈圆柱状，柱形舱段的直径尺寸大于等于3800mm，柱形舱段的长度尺寸大于等于5000mm。
还优选的是，舱壁连接结构通过铝块、方钢与舱壁上的连接孔固定；所述竖直框架使用方钢制作而成。
还优选的是，加载安装座使用钢板制作，加载安装座固定在水平板上，加载安装座上连接加载装置对壁板结构施加模拟载荷。
一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验方法，利用上述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置进行试验，包括：模拟航天器柱形舱段内的舱室设置多层壁板结构，在柱形舱段的两个象限内安装实际产品结构，在另外两个象限内安装模拟试验装置；通过加载装置调整载荷的大小和方向；模拟柱形舱段的实际使用过程，对壁板结构进行承载考核。
进一步优选的是，舱壁连接结构在静力试验中模拟纵向和横向传力结构；所述竖直框架模拟纵向结构板的承载。
进一步优选的是，柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置安装在多个尺寸的柱形舱段上，分别验证结构的强度、刚度及精度。
本发明提供的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置及方法有益效果是，柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置通过结构配合有效的模拟了静力试验中结构承载及传力路径，能够验证柱形舱段壁板结构静强度承载能力，同时模拟舱段壁板结构的纵向和横向载荷，试验中可以验证舱段结构的强度、刚度及精度。
图1是柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置的安装结构示意图；
图2是柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置侧面剖视图；
图3是柱形舱段的俯视图；
图4是柱形舱段截面示意图；
图5是水平方向上载荷施加结构示意图；
图中：1-水平板，2-竖直框架，3-舱壁连接结构，4-加载安装座，5-柱形舱段，6-第一加载杠杆，7-第二加载杠杆，8-第三加载杠杆。
结合图1至图4所示，对本发明提供的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置及方法具体实施方式进行说明。
一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，包括水平板1、竖直框架2、舱壁连接结构3和加载安装座4。试验装置用于柱形舱段壁板结构静力试验过程中，柱形舱段壁板结构模拟装置传力路径失真给试验考核精度带来的不利影响，装置可以用于模拟整舱段主结构的传力路径，试验装置满足了整舱段主结构、局部结构的强度和刚度要求，同时还可以模拟结构的纵向和横向受力模式，避免了模拟结构强度、刚度、传力路径与真实结构不同引起的试验精度超差。
其中，水平板1模拟舱体内的安装板结构，水平板1安装在柱形舱段的内壁上，柱形舱段5模拟航天器的柱形舱段，水平板1与实际安装板的力学特性相似。舱壁连接结构包括转接块和连接梁，模拟舱体内的纵向和横向传力结构，该结构保证了传力路径与实际路径的一致性。竖直框架2与水平板1、舱壁连接结构3固定连接，模拟舱体壁板结构的纵向承载，与实际的承载形式特性相似。加载安装座4固定在水平板或竖直框架上，模拟柱形舱段壁板结构实际承载位置及纵向和横向加载装置安装。
水平板1和舱壁连接结构3通过螺钉固定在柱形舱段上，竖直框架2竖向布置，并与水平板1和舱壁连接结构3可拆卸连接；舱壁上设置连接孔，水平板可以使用30mm厚的铝板。
柱形舱段5使用铝材制作，直筒段设置多层壁板，柱形舱段的壁板结构为静力试验的待考核产品，材料通过焊接固定。水平板1采用铝板制作，水平板通过舱壁连接孔固定连接。柱形舱段呈圆柱状，柱形舱段的直径尺寸大于等于3800mm，柱形舱段的长度尺寸大于等于5000mm。水平板的弧度和柱形舱段相一致，水平板1之间的竖直框架2平行布置，水平板1上的加载安装座靠近柱形舱段连接处的对侧设置。
舱壁连接结构3通过铝块、方钢与舱壁上的连接孔固定，采用铝块可以与50mm的方钢连接，分别与舱壁水平及竖直连接孔固定。竖直框架使用方钢制作而成。
加载安装座4使用钢板制作，加载安装座4的尺寸可以采用Ф300mm、20mm的厚钢板，加载安装座4固定在水平板1上，加载安装座4上连接加载装置对壁板结构施加模拟载荷；加载安装座4根据需要在水平板上，可以根据加载需要布置。
一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验方法，利用上述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置进行试验，包括：模拟航天器柱形舱段内的舱室设置多层壁板结构，在柱形舱段的两个象限内安装实际产品结构，在另外两个象限内安装模拟试验装置。通过加载装置调整载荷的大小和方向，模拟真实的受力情况。模拟柱形舱段的实际使用过程，对壁板结构进行承载考核。
利用该试验装置进行静力试验时，还可以对同平面内的多个水平点施加载荷，利用多个加载杠杆实现分力同步加载；在不同方向上设置不同组合的加载杠杆还可以实现多种模式的加载。其中在任意方向上施加载荷时，通过设置3个加载杠杆依次连接并分配传递加载力，第一加载杠杆6和加载传动筒相连，加载传动筒传递载荷的施加；第一加载杠杆6的两端分别连接第二加载杠杆7，以及加载安装座4；第二加载杠杆7的两端通过连杆分别与第三加载杠杆8相连，以及加载安装座4相连；第三加载杠杆8的两端分别连接加载安装座4，前述各个加载安装座4均不同。第一加载杠杆6和第二加载杠杆7连接的加载安装座齐平，第三加载杠杆8连接的两个加载安装座齐平，四个加载安装座4分布在平面内的4个象限内。调整加载杠杆上的分力点位置可以调节加载力的分配，从而实现不同模式的加载。其中如果在3个不同方向上均安装3个加载杠杆可以实现复杂应力环境的的水平载荷施加。
舱壁连接结构在静力试验中模拟纵向和横向传力结构，竖直框架模拟纵向结构板的承载。柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置安装在多个尺寸的柱形舱段上，分别验证结构的强度、刚度及精度。
柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置通过结构配合有效的模拟了静力试验中结构承载及传力路径，能够验证柱形舱段壁板结构静强度承载能力，同时模拟舱段壁板结构的纵向和横向载荷，试验中可以验证舱段结构的强度、刚度及精度。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
- 一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，包括水平板、竖直框架、舱壁连接结构和加载安装座，水平板模拟舱体内的安装板结构，水平板安装在柱形舱段内壁上；所述舱壁连接结构包括转接块和连接梁，模拟舱体内的纵向和横向传力结构；所述竖直框架与水平板、舱壁连接结构固定连接，模拟舱体壁板结构的纵向承载；加载安装座固定在水平板或竖直框架上，模拟柱形舱段壁板结构实际承载位置及纵向和横向加载装置安装。
- 根据权利要求1所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，所述水平板和舱壁连接结构通过螺钉固定在柱形舱段上，所述竖直框架竖向布置，并与水平板和舱壁连接结构可拆卸连接。
- 根据权利要求1所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，所述柱形舱段使用铝材制作，直筒端设置多层壁板；所述水平板采用铝板制作，水平板通过舱壁连接孔固定连接。
- 根据权利要求3所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，所述柱形舱段呈圆柱状，柱形舱段的直径尺寸大于等于3800mm，柱形舱段的长度尺寸大于等于5000mm。
- 根据权利要求1所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，所述舱壁连接结构通过铝块、方钢与舱壁上的连接孔固定；所述竖直框架使用方钢制作而成。
- 根据权利要求1所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，所述加载安装座使用钢板制作，加载安装座固定在水平板上，加载安装座上连接加载装置对壁板结构施加模拟载荷。
- 一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验方法，利用权利要求1至6任一项所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置进行试验，其特征在于，包括：模拟航天器柱形舱段内的舱室设置多层壁板结构，在柱形舱段的两个象限内安装实际产品结构，在另外两个象限内安装模拟试验装置；通过加载装置调整载荷的大小和方向；模拟柱形舱段的实际使用过程，对壁板结构进行承载考核。
- 根据权利要求7所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验方法，其特征在于，所述舱壁连接结构在静力试验中模拟纵向和横向传力结构；所述竖直框架模拟纵向结构板的承载。
- 根据权利要求1所述的一种柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置，其特征在于，所述柱形舱段壁板结构模拟静力试验装置安装在多个尺寸的柱形舱段上，分别验证结构的强度、刚度及精度。
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