CN104990805A - 一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，包括便携式支撑组件、压头、压头进给组件和测控组件，所述压头进给组件与所述便携式支撑组件连接，并与所述压头传动连接，所述测控组件与所述压头进给组件连接，所述压头可定位于大型试验件的多个部位，所述便携式支撑组件包括立柱和上横梁，所述立柱与所述上横梁连接，所述测控组件由载荷传感器和位移传感器组成，以便实现载荷控制加载和凹坑深度控制加载。与现有技术相比，本发明具有便于移动、大行程、整体结构简单可靠且不受试验件表面不平整的影响等优点，适用于大型复合材料结构的静压痕损伤预制。

Description

一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机

技术领域

本发明涉及一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验技术，尤其是涉及一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机。

背景技术

复合材料广泛应用在航空结构中，当这些结构承受低速冲击载荷时，会在层压板内部产生大面积分层，这种分层不易从表面识别出来，并且大大降低结构的承载能力，因此对复合材料的安全应用产生了严重威胁。除此之外，冲击产生的损伤程度不易量化，因此在航空结构工程中，需要进行大量的含损伤的复合材料结构承载性能测试工作。研究结果表明(复合材料层压板抗冲击行为及表征方法的实验研究，沈真、杨胜春、陈普会，复合材料学报，2008年第25卷第5期，125-133),复合材料受冲击后产生的凹坑适用于损伤程度的评价，同时凹坑深度也是损伤可见性的指标，对结构维护中的目视损伤检测有重要意义。已有研究表明，准静态压入与低速冲击对复合材料层压板所造成的损伤可以互相等效。(离位增韧复合材料层合板准静态压入实验研究，谢宗蕻，张磊，苏霓等，材料工程，2011年第1期，42-46),因此，可用静态压痕方法，来代替冲击试验。并且，静态压痕试验重复性好，易于控制。

目前大多数研究集中于利用通用台式静力试验机对复合材料层压板试件进行实验室级的科学研究，而对于工程实际中涉及到的复合材料大型结构部件，由于尺寸所限难以安放到台式试验机，或部件本身变形过大造成试验机行程无法满足，难以使用台式试验机进行静压痕试验，因此需用特殊的便携式设备来完成。另外，对于试验件表面不平整，以及大型试验件无法拆卸需要垂直或者倒立进行试验的，现有技术往往无法完成。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的局限性而提供的一种便于移动、大行程、整体结构简单可靠、能适用于不平整的试验件表面，以及对于大型试验件无法拆卸需要倾斜较大角度如垂直或倒立进行试验的大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，包括便携式支撑组件、压头、压头进给组件和测控组件，所述压头进给组件与所述便携式支撑组件连接，并与所述压头传动连接，所述测控组件与所述压头进给组件连接，所述压头可定位于大型试验件的多个部位，所述便携式支撑组件包括立柱和上横梁，所述立柱与所述上横梁连接，所述测控组件包括载荷传感器和位移传感器。

优选地是，本发明所述的大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机的所述立柱包括可动立柱和固定立柱，所述可动立柱是可动的，所述可动立柱的上端具有立柱螺栓，所述立柱螺栓穿过所述上横梁，通过调节所述立柱螺栓可以调节该可动立柱伸出所述上横梁的长度，所述位移传感器设置在所述固定立柱的下端，用于测量试验件表面相对于所述固定立柱的位移。

优选地是，本发明所述的大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机的所述立柱的下端与底座相连，所述底座上设置四个支脚螺栓，可单独调节所述支脚螺栓伸出所述底座的长度，所述底座在对应于所述压头的位置处设置有孔洞，所述孔洞可供所述压头穿出，所述的位移传感器设置在所述底座上，用于测量试验件表面相对于所述底座的位移。

进一步优选地是，所述便携试验机，其特征在于，所述立柱的下端缠绕有可通电的电磁圈，当所述电磁圈通电后，所述立柱的下端可吸引固定在磁性材料的试验件上，从而适应于大型试验件无法拆卸需要倾斜较大角度如垂直或倒立进行试验。当电磁圈断电后，所述立柱的下端失去磁性，可以与磁性材料的试验件分离，以移走本发明所述的便携试验机。所述位移传感器设置在所述立柱的下端，用于测量试验件表面相对于所述立柱的位移。

如上所述的任意一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，还可包括如下特征：所述的压头进给组件包括升降横梁、驱动器和螺杆，所述的升降横梁与立柱滑动连接，所述的驱动器固定在升降横梁上，与螺杆传动连接，所述的螺杆下端与升降横梁连接，所述的上横梁上设置有与螺杆匹配的螺纹孔，所述的升降横梁上设有与螺杆下端连接的推力轴承。所述的驱动器上设有驱动器齿轮，所述的螺杆上设有与驱动器齿轮相连接的螺杆齿轮，驱动器依次通过驱动器齿轮、螺杆齿轮来带动螺杆运动，并通过上横梁的反作用力实现升降横梁的运动，从而带动压头对试验件施加压力。所述的载荷传感器与压头连接，并固定在升降横梁上。

本发明所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，所述载荷传感器用于实现载荷控制加载，所述载荷控制加载过程如下：

1)驱动器加载；

2)载荷传感器实时采集接触力数据，并判断该接触力数据是否到达设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤1)；

3)驱动器停止加载。

本发明所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，所述位移传感器用于实现凹坑深度控制加载，所述凹坑深度控制加载过程如下：

1)驱动器加载；

2)判断试验件的凹坑深度是否达到设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤1)；

3)驱动器停止加载。

所述的凹坑深度为压头进给组件的进给量减去位移传感器所得位移。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的便携特性可实现在大型复合材料结构的多部位进行准静态压痕损伤预制；

2、能够通过位移传感器和载荷传感器，满足在特定的压力要求或者压痕深度要求下，实时调整压头进给量，实现闭环控制。适用于大型结构部件的压痕精确预制。

3、本发明的可用行程大，克服了大型结构受载后变形过大而通用试验机行程无法满足的局限性，实现了指定凹坑深度的预制。

4、由于本发明属于便携式设备，其试验件的工作表面往往不平整，本发明可以很好的作用于不平整的试验件表面使得其应用范围更大了。

5、由于大型设备往往不可拆卸，有时候会对于一些倾斜较大角度的部位进行试验测试，本发明可以适应于需要倾斜较大角度，如垂直甚至倒立试验测试的要求。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明的载荷控制加载过程流程图。

图3为本发明的凹坑深度控制加载过程流程图。

图4为本发明实施例二的局部结构示意图。

其中，1-支持组件，2-压头进给组件，3-立柱螺栓，4-固定立柱，5-位移传感器，6-可动立柱，7-压头，8-载荷传感器，9-升降横梁，10-驱动器，11-驱动器齿轮，12-上横梁，13-螺纹孔，14-螺杆，15-螺杆齿轮，16-推力轴承，17-底座，18-支脚螺栓，20-立柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例一

如图1所示，一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，包括便携式支撑组件1、压头7、压头进给组件2和测控组件，所述的压头进给组件2与便携式支撑组件1连接，并与压头7传动连接，所述的测控组件与压头进给组件2连接，压头可定位于大型试验件的多个部位。所述的便携式支撑组件1包括固定立柱4、可动立柱6和上横梁12，所述固定立柱4和可动立柱6均与上横梁12连接。所述可动立柱6上端呈螺栓结构，命名为立柱螺栓3，所述立柱螺栓3穿过所述上横梁12，通过调节所述立柱螺栓3可以调节该可动立柱6伸出所述上横梁12的长度。

所述压头进给组件2包括升降横梁9、驱动器10和螺杆14，所述的升降横梁9与固定立柱4和可动立柱6滑动连接，所述的驱动器10固定在升降横梁9上，与螺杆14传动连接，所述的螺杆14上端与上横梁12连接，下端与升降横梁9连接。所述的上横梁12上设有与螺杆14匹配的螺纹孔13，所述的升降横梁9上设有与螺杆14下端连接的推力轴承16。所述的驱动器10上设有驱动器齿轮11，所述的螺杆14上设有与驱动器齿轮11相连接的螺杆齿轮15，驱动器10依次通过驱动器齿轮11、螺杆齿轮来15带动螺杆14运动，并通过上横梁12的反作用力实现升降横梁9的运动，从而带动压头7对试验件施加压力。

所述的测控组件由载荷传感器8和位移传感器5组成，分别用于实现载荷控制加载和凹坑深度控制加载，所述的位移传感器5固定在固定立柱4上，用于测量试验件表面相对于固定立柱4的位移，所述的载荷传感器8与压头7连接，固定在升降横梁9上。

如图2所示，所述的载荷控制加载过程如下：1)驱动器10加载；2)载荷传感器8实时采集接触力数据，并判断该接触力数据是否到达设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤1)；3)驱动器10停止加载。

如图3所示，所述的凹坑深度控制加载过程如下：1)驱动器10加载；2)判断试验件的凹坑深度是否达到设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤1)；3)驱动器10停止加载。所述的凹坑深度为压头进给组件2的进给量减去位移传感器5所得位移，这种方式克服了大型结构受载后变形较大的不利因素，实现指定深度凹坑的预制。

实施例二

与实施例一相比，其不同之处在于，如图4：所述立柱20下端连接一个底座17，所述底座17上设置四个支脚螺栓18，所述支脚螺栓18均可单独调节其伸出所述底座17的长度，从而适应于不平整的试验件表面，所述底座17对应于所述压头7位置设有孔洞，可供所述压头7穿出，所述的位移传感器5设置在所述底座17上，用于测量试验件表面相对于所述底座17的位移。

实施例三

与实施例一相比，其不同之处在于：所述立柱下端缠绕有可通电的电磁圈(未配附图)，当所述电磁圈通电后，所述立柱下端可吸引固定在磁性材料的试验件上。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，包括便携式支撑组件、压头、压头进给组件和测控组件，所述压头进给组件与所述便携式支撑组件连接，并与所述压头传动连接，所述测控组件与所述压头进给组件连接，其特征在于，所述压头可定位于大型试验件的多个部位，所述便携式支撑组件包括立柱和上横梁，所述立柱与所述上横梁连接，所述测控组件包括载荷传感器和位移传感器。

2.根据权利要求1所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述立柱包括可动立柱和固定立柱，所述可动立柱是可动的，所述可动立柱的上端具有立柱螺栓，所述立柱螺栓穿过所述上横梁，通过调节所述立柱螺栓可以调节该可动立柱伸出所述上横梁的长度，所述位移传感器设置在所述固定立柱的下端，用于测量试验件表面相对于所述固定立柱的位移。

3.根据权利要求1所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述立柱的下端与底座相连，所述底座上设置四个支脚螺栓，可单独调节所述支脚螺栓伸出所述底座的长度，所述底座在对应于所述压头的位置处设置有孔洞，所述孔洞可供所述压头穿出，所述的位移传感器设置在所述底座上，用于测量试验件表面相对于所述底座的位移。

4.根据权利要求1所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述立柱的下端缠绕有可通电的电磁圈，当所述电磁圈通电后，所述立柱的下端可吸引固定在磁性材料的试验件上，所述位移传感器设置在所述立柱的下端，用于测量试验件表面相对于所述立柱的位移。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述的压头进给组件包括升降横梁、驱动器和螺杆，所述的升降横梁与立柱滑动连接，所述的驱动器固定在升降横梁上，与螺杆传动连接，所述的螺杆下端与升降横梁连接，所述的上横梁上设置有与螺杆匹配的螺纹孔，所述的升降横梁上设有与螺杆下端连接的推力轴承。

6.根据权利要求5所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述的驱动器上设有驱动器齿轮，所述的螺杆上设有与驱动器齿轮相连接的螺杆齿轮，驱动器依次通过驱动器齿轮、螺杆齿轮来带动螺杆运动，并通过上横梁的反作用力实现升降横梁的运动，从而带动压头对试验件施加压力。

7.根据权利要求6所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述的载荷传感器与压头连接，并固定在升降横梁上。

8.根据权利要求7所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述载荷传感器用于实现载荷控制加载，所述载荷控制加载过程如下：

1)驱动器加载；

2)载荷传感器实时采集接触力数据，并判断该接触力数据是否到达设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤1)；

3)驱动器停止加载。

9.根据权利要求7所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述位移传感器用于实现凹坑深度控制加载，所述凹坑深度控制加载过程如下：

1)驱动器加载；

2)判断试验件的凹坑深度是否达到设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤1)；

3)驱动器停止加载。

10.根据权利要求9所述的一种大型复合材料结构静压痕损伤预制便携试验机，其特征在于，所述凹坑深度为压头进给组件的进给量减去位移传感器所得位移。