專利名稱：三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種土木工程領(lǐng)域中，用于測(cè)試大尺寸材料阻尼性能的測(cè)試裝置，具體涉及一種三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
目前，針對(duì)粘彈性阻尼材料阻尼特性的動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試主要有三種方法自由振動(dòng)法、共振法、強(qiáng)迫振動(dòng)非共振法。而粘彈性材料的阻尼性能與工作頻率緊密相關(guān)，自由振動(dòng)法與共振法只能測(cè)試結(jié)構(gòu)或構(gòu)件固有頻率附近的阻尼特性，所以一般都采用強(qiáng)迫振動(dòng)非共振法，如粘彈譜儀(Q800、VA4000)、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)等。這些儀器的一個(gè)共同缺點(diǎn)就是無法測(cè)試土木工程領(lǐng)域中的大尺寸材料(如混凝土)的阻尼特性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為解決目前在土木工程領(lǐng)域中，無法對(duì)大尺寸材料阻尼性能進(jìn)行測(cè)試問題而提供的一種三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置。它包括兩個(gè)相對(duì)平行放置并與地面固定連接的基座、位于兩個(gè)基座中間并與地面固定連接的支架；它還包括激勵(lì)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、三點(diǎn)彎曲梁裝置；所述的三點(diǎn)彎曲梁裝置由兩個(gè)鉸支座、三點(diǎn)彎曲梁、壓梁、加載頭、連接件組成；所述的激勵(lì)系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、與地面固定連接的激振器組成；所述的測(cè)量系統(tǒng)由力傳感器、位移傳感器、電荷放大器、電壓放大器、數(shù)據(jù)采集器組成；每個(gè)基座上放置有一個(gè)鉸支座，三點(diǎn)彎曲梁的一端固定裝在兩個(gè)鉸支座中的一個(gè)鉸支座上，三點(diǎn)彎曲梁的另一端固定裝在兩個(gè)鉸支座中的另一個(gè)鉸支座上，每個(gè)鉸支座上的下半圓形構(gòu)件上放置有壓梁，壓梁的兩端通過連接件與所對(duì)應(yīng)的基座固定連接，三點(diǎn)彎曲梁的中間段固定裝有加載頭，力傳感器的上端與加載頭的下半圓形鋼條螺紋連接，力傳感器的下端與激振器的頂桿相連接，激振器的輸入端與功率放大器的輸出端相連接，功率放大器的輸入端與信號(hào)發(fā)生器的輸出端相連接，力傳感器的輸出端與電荷放大器的輸入端相連接，位移傳感器裝在支架上，位移傳感器的輸出端與電壓放大器的輸入端相連接，電荷放大器的輸出端和電壓放大器的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集器的輸入端相連接。
本實(shí)用新型具有以下有益效果一、本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)對(duì)三點(diǎn)彎曲梁拉壓線加載，由連接螺桿、連接螺帽及兩個(gè)圓弧面相對(duì)放置的兩半圓形剛條組成的加載頭，力傳感器的上端與加載頭上的下半圓形剛條螺紋連接，力傳感器的下端與激振器的頂桿相連接，力傳感器串接于上述兩者之間，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)梁的拉壓力的數(shù)據(jù)采集。二、為實(shí)現(xiàn)梁的邊界條件為鉸接，在三點(diǎn)彎曲梁為彈性小變形條件下，采用鉸支座，鉸支座的豎向由壓梁固定，通過壓梁把豎向力傳遞給基座，進(jìn)而傳遞給地基。三、為實(shí)現(xiàn)激振器的剛性安裝，把激振器安裝于剛性地面上；位移傳感器安裝于與剛性地面固定連接的支架上，位移傳感器可伸縮和旋轉(zhuǎn)，以測(cè)量三點(diǎn)彎曲梁跨中穩(wěn)態(tài)位移反應(yīng)，且不給三點(diǎn)彎曲梁施加反力，提高了位移測(cè)量精度。四、本實(shí)用新型通過力傳感器采集激振力、位移傳感器采集梁跨中穩(wěn)態(tài)位移，得到兩者相位差δ、激振力幅值p0、位移幅值y0，從而由公式(1)、(2)、(3)得到材料的阻尼性能。
η＝tanδ(1)Ec′=2l3π4Ip0y0cosδ---(2)]]>Ec′′=2l3π4Ip0y0sinδ---(3)]]>五、采用本實(shí)用新型可測(cè)試長(zhǎng)×寬為40×40～100mm2、跨度大于600mm的大尺寸材料構(gòu)件。六、本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、安裝方便，可實(shí)現(xiàn)不同頻率(0.1～2.5Hz)、不同波形加載(三角波、正弦波、方波等等)及可測(cè)試大尺寸材料的阻尼性能與彈性模量的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的左視圖(去掉信號(hào)發(fā)生器3-1、功率放大器3-2、電荷放大器4-3、電壓放大器4-4及數(shù)據(jù)采集器4-5)，圖3是三點(diǎn)彎曲梁5-2與加載頭之間的裝配主視圖，圖4是圖3的左視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1、圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由兩個(gè)相對(duì)平行放置并與地面固定連接的基座2、位于兩個(gè)基座2中間并與地面固定連接的支架1、激勵(lì)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、三點(diǎn)彎曲梁裝置組成；所述的三點(diǎn)彎曲梁裝置由兩個(gè)鉸支座、三點(diǎn)彎曲梁5-2、壓梁5-3、加載頭、連接件5-5組成；所述的激勵(lì)系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生器3-1、功率放大器3-2、與地面固定連接的激振器3-3組成；所述的測(cè)量系統(tǒng)由力傳感器4-1、位移傳感器4-2、電荷放大器4-3、電壓放大器4-4、數(shù)據(jù)采集器4-5組成；每個(gè)基座2上放置有一個(gè)鉸支座，三點(diǎn)彎曲梁5-2的一端固定裝在兩個(gè)鉸支座中的一個(gè)鉸支座上，三點(diǎn)彎曲梁5-2的另一端固定裝在兩個(gè)鉸支座中的另一個(gè)鉸支座上，每個(gè)鉸支座上的下半圓形構(gòu)件5-1-1上放置有壓梁5-3，壓梁5-3的兩端通過連接件5-5與所對(duì)應(yīng)的基座固定連接，三點(diǎn)彎曲梁5-2的中間段固定裝有加載頭，力傳感器4-1的上端與加載頭的下半圓形鋼條5-4-1螺紋連接，力傳感器4-1的下端與激振器3-3的頂桿3-3-1相連接，激振器3-3的輸入端與功率放大器3-2的輸出端相連接，功率放大器3-2的輸入端與信號(hào)發(fā)生器3-1的輸出端相連接，力傳感器4-1的輸出端與電荷放大器4-3的輸入端相連接，位移傳感器4-2裝在支架1上，位移傳感器4-2的輸出端與電壓放大器4-4的輸入端相連接，電荷放大器4-3的輸出端和電壓放大器4-4的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集器4-5的輸入端相連接。
本實(shí)施方式中的位移傳感器4-2采用激光位移傳感器，可提高位移測(cè)量精度；力傳感器4-1采用壓電式應(yīng)力傳感器。本實(shí)施方式中所采用的儀器的型號(hào)和生產(chǎn)廠家見下表


具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的兩個(gè)鉸支座中的每個(gè)鉸支座分別由下半圓形構(gòu)件5-1-1、上半圓形構(gòu)件5-1-2、螺桿5-1-3、螺帽5-1-4組成；上半圓形構(gòu)件5-1-2放置在下半圓形構(gòu)件5-1-1的正上方，上半圓形構(gòu)件5-1-2的圓弧面與下半圓形構(gòu)件5-1-1的圓弧面相對(duì)放置，所述的三點(diǎn)彎曲梁5-2的兩端分別裝在每個(gè)鉸支座的上半圓形構(gòu)件5-1-2和下半圓形構(gòu)件5-1-1之間，上半圓形構(gòu)件5-1-2與下半圓形構(gòu)件5-1-1通過螺桿5-1-3和螺帽5-1-4固定連接。為實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彎曲梁5-2的豎向尺寸可調(diào)，每個(gè)鉸支座采用螺桿5-1-3連接，并用螺帽5-1-4固定。為實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彎曲梁5-2的邊界條件為鉸接，在三點(diǎn)彎曲梁5-2為彈性小變形條件下，由螺桿5-1-3、螺帽5-1-4及兩個(gè)圓弧面相對(duì)放置的兩個(gè)半圓形構(gòu)件組成鉸支座，鉸支座的豎向由壓梁5-3固定，通過壓梁5-3把豎向力傳遞給基座，進(jìn)而傳遞給地基。當(dāng)每個(gè)鉸支座上的兩個(gè)半圓形構(gòu)件的兩個(gè)圓弧面相背放置時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彎曲梁5-2兩端固結(jié)的邊界條件。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1、圖3、圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的加載頭由上半圓形鋼條5-4-2、下半圓形鋼條5-4-1、連接螺桿5-4-3、連接螺帽5-4-4組成；上半圓形鋼條5-4-2放置在下半圓形鋼條5-4-1的正上方，上半圓形鋼條5-4-2的圓弧面與下半圓形鋼條5-4-1的圓弧面相對(duì)放置，所述的三點(diǎn)彎曲梁5-2的中間段裝在上半圓形鋼條5-4-2和下半圓形鋼條5-4-1之間，上半圓形鋼條5-4-2和下半圓形鋼條5-4-1通過連接螺桿5-4-3和連接螺帽5-4-4固定連接，所述的下半圓形鋼條5-4-1的下端面具有與力傳感器4-1螺紋連接的內(nèi)螺紋孔5-4-5。
采用上述結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)彎曲梁5-2的豎向尺寸可調(diào)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
測(cè)試時(shí)，只要測(cè)出三點(diǎn)彎曲梁5-2在交變正弦波激勵(lì)下的應(yīng)力、三點(diǎn)彎曲梁5-2中段的位移和相角，就可以根據(jù)下述公式(4)計(jì)算出材料的阻尼性能(用損耗因子表示)，其中應(yīng)力和位移可以分別由力傳感器4-1和激光位移傳感器測(cè)出，相角可以按照快速傅立葉變換的方法通過處理應(yīng)力和位移信號(hào)算出。應(yīng)力-應(yīng)變相位角(材料損耗因子)η=E′′E′=11+Y0P0cosδ·ω2ml2tgδ---(4)]]>式中P0-激勵(lì)力的幅值(N)Y0-梁中點(diǎn)的位移幅值(m)δ-激勵(lì)力P和位移Y之間的相位差(度)I-是梁的截面的慣性矩(m4)m-梁的線密度f-激振頻率(Hz)
權(quán)利要求1.一種三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置，它包括兩個(gè)相對(duì)平行放置并與地面固定連接的基座、位于兩個(gè)基座中間并與地面固定連接的支架(1)；其特征在于它還包括激勵(lì)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、三點(diǎn)彎曲梁裝置；所述的三點(diǎn)彎曲梁裝置由兩個(gè)鉸支座、三點(diǎn)彎曲梁(5-2)、壓梁(5-3)、加載頭、連接件(5-5)組成；所述的激勵(lì)系統(tǒng)由信號(hào)發(fā)生器(3-1)、功率放大器(3-2)、與地面固定連接的激振器(3-3)組成；所述的測(cè)量系統(tǒng)由力傳感器(4-1)、位移傳感器(4-2)、電荷放大器(4-3)、電壓放大器(4-4)、數(shù)據(jù)采集器(4-5)組成；每個(gè)基座(2)上放置有一個(gè)鉸支座，三點(diǎn)彎曲梁(5-2)的一端固定裝在兩個(gè)鉸支座中的一個(gè)鉸支座上，三點(diǎn)彎曲梁(5-2)的另一端固定裝在兩個(gè)鉸支座中的另一個(gè)鉸支座上，每個(gè)鉸支座上的下半圓形構(gòu)件(5-1-1)上放置有壓梁(5-3)，壓梁(5-3)的兩端通過連接件(5-5)與所對(duì)應(yīng)的基座固定連接，三點(diǎn)彎曲梁(5-2)的中間段固定裝有加載頭，力傳感器(4-1)的上端與加載頭的下半圓形鋼條(5-4-1)螺紋連接，力傳感器(4-1)的下端與激振器(3-3)的頂桿(3-3-1)相連接，激振器(3-3)的輸入端與功率放大器(3-2)的輸出端相連接，功率放大器(3-2)的輸入端與信號(hào)發(fā)生器(3-1)的輸出端相連接，力傳感器(4-1)的輸出端與電荷放大器(4-3)的輸入端相連接，位移傳感器(4-2)裝在支架(1)上，位移傳感器(4-2)的輸出端與電壓放大器(4-4)的輸入端相連接，電荷放大器(4-3)的輸出端和電壓放大器(4-4)的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集器(4-5)的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置，其特征在于所述的兩個(gè)鉸支座中的每個(gè)鉸支座分別由下半圓形構(gòu)件(5-1-1)、上半圓形構(gòu)件(5-1-2)、螺桿(5-1-3)、螺帽(5-1-4)組成；上半圓形構(gòu)件(5-1-2)放置在下半圓形構(gòu)件(5-1-1)的正上方，上半圓形構(gòu)件(5-1-2)的圓弧面與下半圓形構(gòu)件(5-1-1)的圓弧面相對(duì)放置，所述的三點(diǎn)彎曲梁(5-2)的兩端分別裝在每個(gè)鉸支座的上半圓形構(gòu)件(5-1-2)和下半圓形構(gòu)件(5-1-1)之間，上半圓形構(gòu)件(5-1-2)與下半圓形構(gòu)件(5-1-1)通過螺桿(5-1-3)和螺帽(5-1-4)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置，其特征在于所述的加載頭由上半圓形鋼條(5-4-2)、下半圓形鋼條(5-4-1)、連接螺桿(5-4-3)、連接螺帽(5-4-4)組成；上半圓形鋼條(5-4-2)放置在下半圓形鋼條(5-4-1)的正上方，上半圓形鋼條(5-4-2)的圓弧面與下半圓形鋼條(5-4-1)的圓弧面相對(duì)放置，所述的三點(diǎn)彎曲梁(5-2)的中間段裝在上半圓形鋼條(5-4-2)和下半圓形鋼條(5-4-1)之間，上半圓形鋼條(5-4-2)和下半圓形鋼條(5-4-1)通過連接螺桿(5-4-3)和連接螺帽(5-4-4)固定連接，所述的下半圓形鋼條(5-4-1)的下端面具有與力傳感器(4-1)螺紋連接的內(nèi)螺紋孔(5-4-5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置，其特征在于所述的位移傳感器(4-2)采用激光位移傳感器。
專利摘要三點(diǎn)彎曲梁式大尺寸材料阻尼測(cè)試裝置，它涉及一種測(cè)試大尺寸材料阻尼性能的測(cè)試裝置。它解決了目前無法測(cè)試大尺寸材料阻尼性能問題。本實(shí)用新型的三點(diǎn)彎曲梁(5－2)的兩端固定在基座上的每個(gè)鉸支座上，每個(gè)鉸支座通過壓梁(5－3)豎向固定，三點(diǎn)彎曲梁(5－2)的中間段固裝有加載頭，力傳感器(4－1)分別與加載頭、激振器(3－3)和電荷放大器(4－3)相連接，功率放大器(3－2)分別與激振器(3－3)和信號(hào)發(fā)生器(3－1)相連接，位移傳感器(4－2)與電壓放大器(4－4)相連接，電荷放大器(4－3)和電壓放大器(4－4)分別與數(shù)據(jù)采集器(4－5)相連接。該裝置可完成大尺寸材料阻尼測(cè)試。
文檔編號(hào)G01N11/00GK2859511SQ20062002008
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者歐進(jìn)萍, 劉鐵軍, 梁超鋒 申請(qǐng)人:歐進(jìn)萍