專利名稱：六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，屬于材料或結構實驗設備領域。
背景技術：
在現(xiàn)代的機械裝備、航空航天、土木建筑、復雜結構、管道與壓力容器等工程裝備與工程結構領域中的大部分失效是材料或結構的失效，所以材料與結構強度實驗是一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。此外，在現(xiàn)代設計工作中采用了大量的新結構、新材料和新工藝。為了驗證其能否滿足安全可靠和壽命的要求，需要進行材料或結構的強度、疲勞和可靠性等力學性能實驗，尤其在航空航天和重大工程裝備中，這些實驗就顯得更加重要，所需的實驗技術要求也愈來愈高。零部件所承受的載荷為拉、壓、彎、扭、剪或其組合，但由于受實驗條件和技術的限制，在力學性能測試實驗過程中往往只能考慮其中的一個或少數(shù)幾個自由度的邊界載荷。為了獲得更加準確的材料或結構的實驗數(shù)據(jù)，需要考慮更多甚至全部的邊界載荷。比如，上升過程中的火箭或飛行中的導彈會受到多個自由度的載荷。再如，日常生活中，有些橋墩設計時往往滿足了使用條件，但還是損壞斷裂了，而且破壞產(chǎn)生的裂紋形狀與普通裂紋不同，這就是在設計時只考慮了少數(shù)幾個主要自由度的載荷，沒有考慮到其它相對次要自由度的載荷對橋墩的影響。因此就需要一種能滿足上述要求的實驗系統(tǒng)，以便更為真實地模擬材料與結構的受力情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足提供一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，采用如下技術方案一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、液壓動力源和六自由度邊界模擬器；所述六自由度邊界模擬器包括6個作動器和末端運動平臺，包括兩個右側作動器，三個豎直作動器，一個后側作動器，6個作動器協(xié)調運動加載，支撐末端運動平臺。所述的六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，所述作動器包括球鉸支撐(11)、球鉸支撐(13)和伺服液壓缸(12)；所述球鉸支撐(11)和球鉸支撐(13)之間為伺服液壓缸(12)， 球鉸支撐在任何方向都可以旋轉。六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)是一種新型的六自由度加載實驗裝置，能更好、 更準確地模擬出材料與結構在真正的工作環(huán)境中所承受的載荷，針對材料或結構的強度、 疲勞和可靠性等力學性能方面的研究，能夠模擬真實的載荷環(huán)境，實現(xiàn)材料或結構在空間六自由度方向的載荷加載，可以進行載荷的實時加載實驗、擬動力實驗，從而提供了更為真實的實驗數(shù)據(jù)，對研究重大工程材料結構的安全問題提供科學手段，具有重要的科學價值和廣泛的工程應用背景。


圖1為本發(fā)明六自由度邊界模擬器主視圖；30右側作動器 10機架 50筋板 20豎直作動器40后側作動器60末端運動平臺；圖2為本發(fā)明六自由度邊界模擬器左側視圖；圖3為本發(fā)明六自由度邊界模擬器俯視圖；圖4為本發(fā)明六自由度邊界模擬器立體圖；圖5為作動器結構示意圖；11球鉸支撐12伺服液壓缸13球鉸支撐；圖6為本發(fā)明六自由度邊界模擬器實驗示意圖；70剪力墻 2檢測件3強力地板。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。六自由度邊界模擬器作為六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)的核心組成部分，其結構設計是否合理成為本實驗系統(tǒng)能否成功的重要因素。本發(fā)明提供一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)。包括控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術，在此不再贅述)、液壓動力源(為現(xiàn)有技術，在此不再贅述)和六自由度邊界模擬器，六自由度邊界模擬器為此系統(tǒng)的核心部分。所述六自由度即分別沿χ、y、ζ三個軸移動和分別繞χ、y、ζ三個軸轉動的六個自由度。參考圖1至圖4，六自由度邊界模擬器包括6個作動器，其中兩個右側作動器30，三個豎直作動器20，一個后側作動器40，6個作動器協(xié)調運動加載，支撐末端運動平臺60，末端運動平臺60可實現(xiàn)拉、壓、彎、扭、剪或其組合等不同形式的載荷加載，在六個自由度方向上都可以實現(xiàn)位移和力的控制，也可添加其它作動器直接作用到試件上以實現(xiàn)更為復雜的加載。參考圖5，所述作動器包括球鉸支撐11、球鉸支撐13和伺服液壓缸12 ；所述球鉸支撐11和球鉸支撐13之間為伺服液壓缸12，球鉸支撐在任何方向都可以旋轉。6個作動器通過球鉸支撐11和球鉸支撐13分別在不同方向上與機架10固定在一起，另一端固定在末端運動平臺60上。液壓動力源在控制系統(tǒng)控制下為伺服液壓缸12提供液壓動力。機架10上設置筋板50，筋板50起加強機架承載能力的作用，提高邊界模擬器的整體強度。末端運動平60 當各個作動器協(xié)調運動加載時，在末端運動平臺60上就會產(chǎn)生大小、方向變化的載荷。由于被檢測件的一端與末端運動平臺60連接在一起，邊界模擬器產(chǎn)生的載荷通過運動平臺即可施加到被檢測件的邊界上。六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)的實驗使用方法參考圖6，六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)對被檢測件進行實驗時，把六自由度邊界模擬器機10的一面與剪力墻70固定在一起，以確保在實驗過程中邊界模擬器的穩(wěn)定性。 檢測件2的一端與末端運動平臺60連接，另一端與強力地板3固定在一起。當6個作動器運動加載時，產(chǎn)生的載荷通過末端運動平臺60施加到被檢測件2上，在被檢測件2的邊界處同時產(chǎn)生沿三個軸的移動和繞三個軸的轉動，被檢測件2邊界受到的載荷將會隨著作動器載荷的變化而發(fā)生相應變化，實現(xiàn)了六自由度的協(xié)調加載，真實模擬了材料或結構在邊界處的載荷。從而獲得更真實、準確的力學性能實驗數(shù)據(jù)，為研究人員提供有利的實驗數(shù)據(jù)。 應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1 一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、液壓動力源和六自由度邊界模擬器；所述六自由度邊界模擬器包括6個作動器和末端運動平臺，包括兩個右側作動器，三個豎直作動器，一個后側作動器，6個作動器協(xié)調運動加載，支撐末端運動平臺。
2.根據(jù)權利要求1所述的六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述作動器包括球鉸支撐(11)、球鉸支撐(1 和伺服液壓缸(1 ；所述球鉸支撐(11)和球鉸支撐 (13)之間為伺服液壓缸(12)，球鉸支撐在任何方向都可以旋轉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、液壓動力源和六自由度邊界模擬器；所述六自由度邊界模擬器包括6個作動器和末端運動平臺，包括兩個右側作動器，三個豎直作動器，一個后側作動器，6個作動器協(xié)調運動加載，支撐末端運動平臺。能夠模擬真實的載荷環(huán)境，實現(xiàn)材料或結構在空間六自由度方向的載荷加載，可以進行載荷的實時加載實驗、擬動力實驗，從而提供了更為真實的實驗數(shù)據(jù)，對研究重大工程材料結構的安全問題提供科學手段，具有重要的科學價值和廣泛的工程應用背景。
文檔編號G01N3/00GK102279124SQ20111013289
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權日2011年5月23日
發(fā)明者方明輝, 李兵, 程廣振, 趙健鑫, 鄭楠, 魏玉蘭 申請人:湖州師范學院