專利名稱：一種用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及應(yīng)力測試裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工程中的各種薄壁結(jié)構(gòu)件或者板材，航空結(jié)構(gòu)件中的蒙皮、腹板、肋板等，這些結(jié)構(gòu)件在工程實際中常見的一種承載形式即平面應(yīng)力狀態(tài)。工程中需要在平面應(yīng)力狀態(tài)進行試驗測試及研究，如研究某些材料的平面應(yīng)力狀態(tài)的性能，或者一些平面應(yīng)力傳感器的測試、標定等，因此需要一種裝置。該裝置首先能在指定的材料上有效的形成平面應(yīng)力狀態(tài)，且更換材料方便以便于對不同的材料進行研究；其次形成的平面應(yīng)力狀態(tài)是能逐級加載、大小可控，直至加載到材料本身屈服或破壞；第三能對該材料施加交變載荷，便于研究其動態(tài)及疲勞性能；最后當(dāng)材料等條件是已知時，反過來也能通過該裝置完成對傳感器的性能測試及標定等。其相應(yīng)的性能指標有靜載時的平面應(yīng)力狀態(tài)的大小、主應(yīng)力的方向等，施加疲勞載荷時的最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力、幅值比、頻率、循環(huán)次數(shù)等。傳統(tǒng)的力學(xué)試驗方法是采用通用的萬能試驗機或疲勞試驗機加載，對于這些通用的試驗設(shè)備，其加載控制性、針對性都不理想；如萬能試驗機施加的是位移載荷，該載荷非靜 態(tài)載荷，載荷大小不方便準確控制，并且無法施加疲勞載荷；如采用疲勞試驗機加載，同樣無法實現(xiàn)靜載且平面應(yīng)力狀態(tài)不便于實現(xiàn)，存在不便于同步測試等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種用于平面應(yīng)力狀態(tài)測試的裝置，為材料的平面應(yīng)力狀態(tài)測試或相應(yīng)傳感器的測試標定提供方便的平臺。本發(fā)明創(chuàng)造為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明創(chuàng)造的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，包括各個橫截面上表面的應(yīng)力、應(yīng)變沿軸向為單向應(yīng)力，且大小相等的等強度梁；等強度梁通過一端的固定面固定在支柱上，支柱與底座固定連接；等強度梁另一端構(gòu)成自由端。進一步的，所述等強度梁呈梯形形狀。進一步的，還包括支撐等強度梁防止等強度梁長期在非測試狀態(tài)變形損壞的撐桿，撐桿與底座連接。進一步的，所述底座上設(shè)有調(diào)節(jié)底座高度的支座及實現(xiàn)底座移動的輪子。進一步的，還包括設(shè)置在等強度梁的自由端的靜態(tài)加載模塊。進一步的，所述靜態(tài)加載模塊包括懸吊在自由端加載點的下部對等強度梁加載的帶掛鉤的托盤，托盤內(nèi)設(shè)有砝碼；通過增減托盤上砝碼對等強度梁逐級施加靜態(tài)載荷。進一步的，還包括設(shè)置在等強度梁的自由端的動態(tài)加載模塊。進一步的，所述動態(tài)加載模塊包括離心振子電機，所述離心振子電機通過安裝固定配件安裝在等強度梁的自由端加載點上部；通過電機調(diào)速器實現(xiàn)對電機開關(guān)控制和對電機速度的控制。[0014]進一步的，還包括設(shè)置在等強度梁上的安裝測試板的安裝座。進一步的，測試板上設(shè)有傳感器。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明創(chuàng)造具有如下有益效果:1、本實用新型的平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試裝置，以等強度梁為基礎(chǔ)，在梁的末端安裝托盤，通過砝碼對裝置實現(xiàn)靜態(tài)加載，保證了所施加靜態(tài)載荷的準確性。2、在等強度梁的末端安裝帶離心振子的電機及相應(yīng)的電機調(diào)速器，偏心電機工作時配合砝碼，即可實現(xiàn)一定頻率的動態(tài)載荷，從而達到對測試板疲勞試驗測試的目的；并根據(jù)需要控制調(diào)節(jié)疲勞載荷的大小、周期等，解決了疲勞試驗機使用標準試件不便于實現(xiàn)平面應(yīng)力的問題。3、被測材料加工成板材安 裝在等強度梁上，板材在梁載荷作用下方便產(chǎn)生準確可控的靜態(tài)平面應(yīng)力，直到測試板材料本身屈服或破壞(>5000μ ε )，克服了萬能試驗機施加位移載荷不便于準確試驗的問題。4、安裝座與測試板間通過螺栓固定，便于根據(jù)需要方便更換被測材料、尺寸等，便于對不同材料進行性能測試研究。5、如果測試板材料已知，結(jié)合分析計算和標準傳感器，可對平面應(yīng)變傳感器如電阻應(yīng)變片、光纖傳感器等進行性能測試及標定等。

圖1為本實用新型優(yōu)選實施的整體結(jié)構(gòu)示意具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1，本實施例的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，包括等強度梁組件，靜態(tài)加載模塊，動態(tài)加載模塊及測試板模塊。其中，梯形形狀的等強度梁102通過一端的矩形固定面101固定在支柱105上端,支柱105下端與底座106焊接；等強度梁102另一端構(gòu)成自由端，即加載端。支柱105上端加工安裝孔，便于固定、安裝及更換等強度梁102。底座的四個角處設(shè)有調(diào)節(jié)底座高度的支座108及實現(xiàn)底座移動的輪子109，底座上還設(shè)有支撐等強度梁102防止等強度梁長期在非測試狀態(tài)變形損壞的撐桿107。其中，等強度梁102采用梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其各個橫截面上表面的應(yīng)力、應(yīng)變沿軸向為單向應(yīng)力，且大小相等。等強度梁自由端設(shè)置靜態(tài)加載模塊和動態(tài)加載模塊，靜態(tài)加載模塊包括懸吊在等強度梁自由端加載點的下部對等強度梁加載的帶掛鉤的托盤，托盤內(nèi)設(shè)有砝碼104，通過增減托盤上砝碼對等強度梁逐級施加靜態(tài)載荷。等強度梁左端固定，右端自由并加載力F，則在載荷作用下，對等強度梁中性層的上、下部分各自產(chǎn)生拉應(yīng)力、壓應(yīng)力，其最大應(yīng)力分別為上、下表面，且在上、下表面的應(yīng)力狀態(tài)為單向應(yīng)力狀態(tài)。動態(tài)加載模塊包括離心振子電機103，離心振子電機通過安裝固定配件安裝在等強度梁的自由端加載點上部，方便拆卸；通過電機調(diào)速器實現(xiàn)對電機開關(guān)控制和對電機速度的控制。當(dāng)離心振子電機旋轉(zhuǎn)時，由于離心振子的作用，會對梁產(chǎn)生與電機轉(zhuǎn)動速度相等頻率的周期性動態(tài)載荷，動態(tài)載荷的大小由離心振子電機決定，頻率由控制器控制決定，并且在施加動態(tài)載荷時，還可配合靜態(tài)加載砝碼實現(xiàn)不同形式的載荷。等強度梁的固定端根部上設(shè)置安裝測試板的安裝座110，測試板通過螺栓、墊片保持與等強度梁平面平行安裝在安裝座上，測試板根據(jù)測試需求選取合適的材料、加工為合適的尺寸。在使用中，如果需要對單向應(yīng)力一應(yīng)變測試，只需沿著梁的軸線方向敷設(shè)傳感器測試，即可得到單向應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)。如果傳感器的敷設(shè)方向或測試方向不是沿平行著梁的軸線方向即可得到平面應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)。當(dāng)?shù)葟姸攘撼惺茈x心振子電機和砝碼施加的載荷時，即在測試板表面產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變，其應(yīng)力狀態(tài)為典型平面應(yīng)力狀態(tài)，且應(yīng)力主方向為分別為沿梁的軸向和梁的橫向。由于安裝座具有一定的高度，測試板距等強度梁中性層的距離要大于等強度梁上表面到中性層的距離，所以根據(jù)力學(xué)原理，傳遞到測試板上的應(yīng)力、應(yīng)變要大于等強度梁上的最大應(yīng)力、應(yīng)變，在需要的情況下可以通過對等強度梁加載直到測試板屈服或破壞而等強度梁及裝置本身仍然完好，其具體應(yīng)力、應(yīng)變值可以通過計算分析或有限元分析得到，并可通過標準傳感器測試得到；同理當(dāng)測試板材料等條件已知時也可對相關(guān)傳感器進行測試即標定。應(yīng)當(dāng)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在上述優(yōu)選實施例的基礎(chǔ)上，在不脫離本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。`
權(quán)利要求1.一種用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:包括各個橫截面上表面的應(yīng)力、應(yīng)變沿軸向為單向應(yīng)力，且大小相等的等強度梁(102);等強度梁(102)通過一端的固定面(101)固定在支柱(105)上，支柱(105)與底座(106)固定連接；等強度梁(102)另一端構(gòu)成自由端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:所述等強度梁(102)呈梯形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:還包括支撐等強度梁(102)防止等強度梁長期在非測試狀態(tài)變形損壞的撐桿(107)，撐桿(107)與底座(106)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:所述底座(106)上設(shè)有調(diào)節(jié)底座高度的支座(108)及實現(xiàn)底座移動的輪子(109)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:還包括設(shè)置在等強度梁(102)的自由端的靜態(tài)加載模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:所述靜態(tài)加載模塊包括懸吊在自由端加載點的下部對等強度梁加載的帶掛鉤的托盤，托盤內(nèi)設(shè)有砝碼(104);通過增減托盤上砝碼對等強度梁逐級施加靜態(tài)載荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:還包括設(shè)置在等強度梁(102)的自由端的動態(tài)加載模塊。
8.根據(jù)權(quán)利 要求7所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:所述動態(tài)加載模塊包括離心振子電機(103)，所述離心振子電機通過安裝固定配件安裝在等強度梁的自由端加載點上部；通過電機調(diào)速器實現(xiàn)對電機開關(guān)控制和對電機速度的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:還包括設(shè)置在等強度梁上的安裝測試板的安裝座(110)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，其特征是:所述測試板上設(shè)有傳感器。
專利摘要本實用新型公開的用于平面應(yīng)力狀態(tài)疲勞測試的裝置，包括各個橫截面上表面的應(yīng)力、應(yīng)變沿軸向為單向應(yīng)力，且大小相等的等強度梁(102)；等強度梁(102)通過一端的固定面(101)固定在支柱(105)上，支柱(105)與底座(106)固定連接；等強度梁(102)另一端構(gòu)成自由端。本實用新型裝置以等強度梁為基礎(chǔ)，在梁的末端安裝托盤，通過砝碼對裝置實現(xiàn)靜態(tài)加載，保證了所施加靜態(tài)載荷的準確性。在等強度梁的末端安裝帶離心振子的電機及相應(yīng)的電機調(diào)速器，可實現(xiàn)一定頻率的動態(tài)載荷，從而達到對測試板疲勞試驗測試的目的；并根據(jù)需要控制調(diào)節(jié)疲勞載荷的大小、周期等，解決了疲勞試驗機使用標準試件不便于實現(xiàn)平面應(yīng)力的問題。
文檔編號G01N3/14GK203148787SQ20132018833
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者魏東, 敖凱軍, 楊鈺, 陳璞, 韓斐, 畢大園, 李猛, 黃旌, 汪洋 申請人:中國人民解放軍空軍第一航空學(xué)院