專利名稱：六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，屬于材料或結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的機(jī)械裝備、航空航天、土木建筑、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、管道與壓力容器等工程裝備與工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的大部分失效是材料或結(jié)構(gòu)的失效，所以材料與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)是一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。此外，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)工作中采用了大量的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝。為了驗(yàn)證其能否滿足安全可靠和壽命的要求，需要進(jìn)行材料或結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、疲勞和可靠性等力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，尤其在航空航天和重大工程裝備中，這些實(shí)驗(yàn)就顯得更加重要，所需的實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求也愈來(lái)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(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)的限制，在力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往只能考慮其中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)自由度的邊界載荷。為了獲得更加準(zhǔn)確的材料或結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要考慮更多甚至全部的邊界載荷。比如，上升過(guò)程中的火箭或飛行中的導(dǎo)彈會(huì)受到多個(gè)自由度的載荷。再如，日常生活中，有些橋墩設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)只考慮了少數(shù)幾個(gè)主要自由度的載荷，沒(méi)有考慮到其它相對(duì)次要自由度的載荷對(duì)橋墩的影響。因此就需要一種能滿足上述要求的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以便更為真實(shí)地模擬材料與結(jié)構(gòu)的受力情況。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案一種六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、液壓動(dòng)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(gè)作動(dòng)器和末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括兩個(gè)右側(cè)作動(dòng)器，三個(gè)豎直作動(dòng)器，一個(gè)后側(cè)作動(dòng)器，6個(gè)作動(dòng)器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)加載，支撐末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。所述的六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所述作動(dòng)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(zhuǎn)。六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種新型的六自由度加載實(shí)驗(yàn)裝置，能更好、 更準(zhǔn)確地模擬出材料與結(jié)構(gòu)在真正的工作環(huán)境中所承受的載荷，針對(duì)材料或結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、 疲勞和可靠性等力學(xué)性能方面的研究，能夠模擬真實(shí)的載荷環(huán)境，實(shí)現(xiàn)材料或結(jié)構(gòu)在空間六自由度方向的載荷加載，可以進(jìn)行載荷的實(shí)時(shí)加載實(shí)驗(yàn)、擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，從而提供了更為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)研究重大工程材料結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題提供科學(xué)手段，具有重要的科學(xué)價(jià)值和廣泛的工程應(yīng)用背景。

[0007]圖1為本實(shí)用新型六自由度邊界模擬器主視圖；30右側(cè)作動(dòng)器10機(jī)架50筋板20 豎直作動(dòng)器40后側(cè)作動(dòng)器60末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；圖2為本實(shí)用新型六自由度邊界模擬器左側(cè)視圖；圖3為本實(shí)用新型六自由度邊界模擬器俯視圖；圖4為本實(shí)用新型六自由度邊界模擬器立體圖；圖5為作動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖；11球鉸支撐12伺服液壓缸13球鉸支撐；圖6為本實(shí)用新型六自由度邊界模擬器實(shí)驗(yàn)示意圖；70剪力墻2檢測(cè)件3強(qiáng)力地板。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。六自由度邊界模擬器作為六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理成為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能否成功的重要因素。本實(shí)用新型提供一種六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。包括控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述)、液壓動(dòng)力源(為現(xiàn)有技術(shù)，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(gè)軸移動(dòng)和分別繞χ、y、ζ三個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的六個(gè)自由度。參考圖1至圖4，六自由度邊界模擬器包括6個(gè)作動(dòng)器，其中兩個(gè)右側(cè)作動(dòng)器30，三個(gè)豎直作動(dòng)器20，一個(gè)后側(cè)作動(dòng)器40，6個(gè)作動(dòng)器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)加載，支撐末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60，末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60可實(shí)現(xiàn)拉、壓、彎、扭、剪或其組合等不同形式的載荷加載，在六個(gè)自由度方向上都可以實(shí)現(xiàn)位移和力的控制，也可添加其它作動(dòng)器直接作用到試件上以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的加載。參考圖5，所述作動(dòng)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(zhuǎn)。6個(gè)作動(dòng)器通過(guò)球鉸支撐11和球鉸支撐13分別在不同方向上與機(jī)架10固定在一起，另一端固定在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60上。液壓動(dòng)力源在控制系統(tǒng)控制下為伺服液壓缸12提供液壓動(dòng)力。機(jī)架10上設(shè)置筋板50，筋板50起加強(qiáng)機(jī)架承載能力的作用，提高邊界模擬器的整體強(qiáng)度。末端運(yùn)動(dòng)平60 當(dāng)各個(gè)作動(dòng)器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)加載時(shí)，在末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60上就會(huì)產(chǎn)生大小、方向變化的載荷。由于被檢測(cè)件的一端與末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60連接在一起，邊界模擬器產(chǎn)生的載荷通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)即可施加到被檢測(cè)件的邊界上。六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)使用方法參考圖6，六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)被檢測(cè)件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，把六自由度邊界模擬器機(jī)10的一面與剪力墻70固定在一起，以確保在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中邊界模擬器的穩(wěn)定性。 檢測(cè)件2的一端與末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60連接，另一端與強(qiáng)力地板3固定在一起。當(dāng)6個(gè)作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)加載時(shí)，產(chǎn)生的載荷通過(guò)末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)60施加到被檢測(cè)件2上，在被檢測(cè)件2的邊界處同時(shí)產(chǎn)生沿三個(gè)軸的移動(dòng)和繞三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，被檢測(cè)件2邊界受到的載荷將會(huì)隨著作動(dòng)器載荷的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)了六自由度的協(xié)調(diào)加載，真實(shí)模擬了材料或結(jié)構(gòu)在邊界處的載荷。從而獲得更真實(shí)、準(zhǔn)確的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為研究人員提供有利的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、液壓動(dòng)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(gè)作動(dòng)器和末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括兩個(gè)右側(cè)作動(dòng)器，三個(gè)豎直作動(dòng)器，一個(gè)后側(cè)作動(dòng)器，6個(gè)作動(dòng)器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)加載，支撐末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述作動(dòng)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(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種六自由度邊界載荷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、液壓動(dòng)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(gè)作動(dòng)器和末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括兩個(gè)右側(cè)作動(dòng)器，三個(gè)豎直作動(dòng)器，一個(gè)后側(cè)作動(dòng)器，6個(gè)作動(dòng)器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)加載，支撐末端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。能夠模擬真實(shí)的載荷環(huán)境，實(shí)現(xiàn)材料或結(jié)構(gòu)在空間六自由度方向的載荷加載，可以進(jìn)行載荷的實(shí)時(shí)加載實(shí)驗(yàn)、擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，從而提供了更為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)研究重大工程材料結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題提供科學(xué)手段，具有重要的科學(xué)價(jià)值和廣泛的工程應(yīng)用背景。
文檔編號(hào)G01N3/00GK202075170SQ201120164469
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者李兵, 李開(kāi)騰, 章丹, 鄭玉卿, 魏玉蘭, 黃慶 申請(qǐng)人:湖州師范學(xué)院