CN110095357B - 用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置及方法，属于动载荷试验技术领域；本发明装置包括刚性基座、传动平台、加载平台、连接加载平台与传动平台的刚性螺杆、落锤、加速度传感器、动载荷传感器、调整质量块、用于调整载荷作用时间和大小的不同厚度的橡胶垫、定位滑轮、柔性绳、固定柔性绳的压块，本发明装置结构简单、便于加工，操作方便，相对于已报道的拉伸动载荷装置中仅侧重于获取拉断载荷的情况，同时关注了拉伸动载荷作用时间、夹具速度变化量及载荷大小三个因素，并协调了三者之间的耦合作用，能够有效完成试验任务，在自封式脱落接头拉伸断开动载荷确定的方面有重要的工程意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置及方法，属于动载荷试验技术领域。
背景技术
飞机在发生坠撞、存在坠毁风险时，为降低飞机燃油管路中的燃油泄漏造成的附加伤害(如火灾等)，需要采用自封式脱落接头对油路进行封闭。为防止飞行或维护中的意外受载对接头的影响，要求脱落接头的断开载荷大于连接位置的使用载荷、而小于油管自身的破坏载荷。考虑到拉伸载荷为油管及其接头的主要受力方式，应首先对自封式脱落接头的拉伸断开动载荷进行确定，以保证其满足使用要求。由于自封式脱落接头在应急断开过程中，涉及到载荷大小、作用时间和夹具速度变化量等方面。“军用直升机抗坠毁要求GJB2681A-2005 11.3.6.3.2”中规定，试验载荷的作用时间不能超过0.005s，加载夹具所承受的速度变化量为11m/s±0.9m/s。此外，自封式脱落接头的拉伸断开载荷的合格判据载荷范围介于燃油管路中最薄弱部分最小破坏载荷的25％～50％之间，表明其断开载荷并不是一限定值。因此，处理不同因素之间的协调、耦合作用及断开动载荷的不确定性的试验装置和方法是自封式脱落接头的拉伸断开动载荷试验的技术难点。
目前，国内对于自封式脱落接头的拉伸断开动载荷试验尚无相关公开研究报道，国外在自封式脱落接头设计方面研究起步较早，但相关断开载荷确定和测试相关报道极少。
此外，结构试验的拉伸动载荷试验设备或装置主要为落锤-杠杆的加载-转换机构。如发明专利“锚固体动态拉伸实验装置及实验方法”(授权公告号：CN 105510158 B)，将冲击载荷转换、放大为拉伸动载荷，其所使用的杠杆加载机构的传力路径较为复杂，用于研究岩体破坏界面力学性能的研究。
值得注意的是，目前已报道的拉伸动载荷装置中，多侧重于获取拉断载荷，相关载荷作用时间及速度变化量仅作为记录数据。为应对自封式脱落接头应急断开时，对载荷作用时间、夹具速度变化量及载荷大小等因素的严格要求，同时处理其断开动载荷的不确定性，必须对试验装置和方法展开进一步研究。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术存在的问题，提供一种自封式脱落接头拉伸动载荷试验的装置及其试验方法，有效地获取自封式脱落接头的拉伸断开动载荷。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置，该加载装置包括刚性基座，与刚性基座连接的自封式脱落接头试验件；所述的自封式脱落接头试验件通过受载端头，在自封式脱落接头试验件下端连接有传动平台；所述的传动平台通过刚性螺杆，在传动平台上方连接有加载平台；所述的传动平台上还设置动载荷传感器；所述的加载平台的上表面设置有橡胶垫；在自封式脱落接头试验件垂直上方设置有落锤；所述的落锤下端分别设置有调整质量块、加速度传感器。
通过质量块调整落锤质量，用于调整载荷作用时间和大小的不同厚度的橡胶垫组合，橡胶垫放置在加载平台上，其类似于阻尼缓冲器，不同厚度的橡胶垫对应不同的缓冲能力，进一步地，缓冲能力的不同对应于不同的载荷作用时间，经过调试试验后，可获取不同落锤以及质量块的冲击载荷与不同厚度橡胶垫对应的载荷作用时间。
调整质量块可固定在落锤上，与落锤一起下落冲击加载平台，并通过改变质量块的大小改变落锤冲击的载荷；动载荷传感器固定在传动平台上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器固定在落锤上，记录加速度随时间的变化情况，进一步获取载荷作用过程中落锤的速度变化量。
进一步，所述的落锤与柔性绳一端相连；所述的柔性绳另一端绕过定位滑轮，且提升收紧柔性绳并使用压块将柔性绳固定在地面上。定位滑轮固定在一定高度后，柔性绳一端与落锤相连，另一端绕过定位滑轮，提升收紧柔性绳并使用压块将柔性绳固定在地面上，以保证落锤自由下落后铅直对心冲击加载平台同时获得满足条件的初始冲击速度。
进一步，所述的自封式脱落接头试验件通过底座连接于刚性基座，且刚性基座固定连接在地面上。
进一步，所述的传动平台传动平台的中间部位设有内螺纹孔，所述的自封式脱落接头试验件的受载端头上设置有与内螺纹孔相适配的外螺纹，通过外螺纹、内螺纹孔的配合使得传动平台与自封式脱落接头试验件固定连接。
进一步，所述的传动平台四角开设有第一圆形光孔，所述的加载平台四角开设有第二圆形光孔，所述的第一圆形光孔、第二圆形光孔上下位置对准，且刚性螺杆先后穿过第一圆形光孔、第二圆形光孔，通过加载平台上部的螺纹端配合与其一致的螺母固定，将传动平台与加载平台固定连接，形成载荷转换工装。
本发明还公开了一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验加载装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、安装用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的刚性基座端的装置；
步骤二、安装落锤，使得落锤到加载平台的要求距离h，且保证落锤自由下落后铅直对心冲击加载平台；
步骤三、将一定厚度的橡胶垫放置在加载平台上，同时动载荷传感器固定在传动平台上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器固定在落锤上，记录加速度随时间的变化情况，进一步获取载荷作用过程中落锤的速度变化量；动载荷传感器固定在传动平台上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器固定在落锤上，记录加速度随时间的变化情况，进一步获取载荷作用过程中落锤的速度变化量，为协调载荷作用时间、速度变化量及载荷大小三者之间的关系提供数据支持；
步骤四、采用摸底试验件替代正式试验件进行调试试验，调试数次，选取最佳橡胶垫厚度及最佳重量的质量块：解除地面压块，释放落锤使其冲击加载平台，通过刚性螺杆和传动平台将载荷转换为拉伸动载荷并加载在加载平台上，由动载荷传感器输出的载荷-时间曲线获得拉断载荷及载荷作用时间；由加速度传感器获得加速度随时间的变化情况，通过加速度对时间的积分，进一步得到载荷作用过程中落锤的速度变化量；
步骤五、调整加载平台上的橡胶垫的厚度，以橡胶垫的厚度作为参数一；以质量块的重量作为参数二，且遵循一次调试试验仅调整一个参数的原则，重复步骤二～四，获取相应质量块和橡胶垫所对应的载荷作用时间和速度变化量，对能符合试验要求的载荷作用时间、夹具速度变化量规定的质量块、橡胶垫组合进行标记，并记录相应的拉伸动载荷大小，上述符合试验要求是依据国军标中的规定：军用直升机抗坠毁要求GJB 2681A-2005；
步骤六、进行正式试验：首先选用调试试验所获取的质量块及橡胶垫，首先选用95％的下限载荷值，以验证试验件在较小动载荷作用下不会发生断裂，记录载荷大小、载荷作用时间、夹具速度变化量；
再选用95％的上限载荷值，若试验件发生断裂，且动载荷传感器输出的拉断动载荷值在合格判据的范围之内，则产品合格。
进一步，所述的步骤一具体为：将刚性基座固定在地面上，同时将自封式脱落接头试验件固定在刚性基座上，将传动平台的内螺纹与受载端头的外螺纹拧紧固定连接；刚性螺杆先后穿过传动平台上的第一圆形光孔及加载平台上的第二圆形光孔，配合与其螺纹端一致的螺母将传动平台与加载平台固定连接。
进一步，所述的步骤二具体为：固定定位滑轮，将柔性绳一端与落锤相连，落锤上装载质量块，柔性绳另一端绕过定位滑轮，提升收紧柔性绳，使得落锤到加载平台的要求距离h，并使用压块将柔性绳固定在地面上。
本发明与现有技术的有益效果在于：
1)本发明基于加载平台(含橡胶垫)、刚性螺杆、传动平台、落锤(含质量块)、定位滑轮、柔性绳，能够将落锤冲击加载平台的动态载荷转换为作用在自封式脱落接头受载端的拉伸动载荷，实现了自封式脱落接头的拉伸动载荷试验，且装置结构简单、便于加工，操作方便，能够有效完成试验任务，在自封式脱落接头拉伸断开动载荷确定的方面有重要的工程意义；
2)本发明通过动载荷传感器获得拉断载荷及载荷作用时间，并由加速度传感器获得载荷作用过程中落锤的速度变化量，标定符合要求的质量块、橡胶垫组合，并记录相应的拉伸动载荷大小，相对于已报道的拉伸动载荷装置中仅侧重于获取拉断载荷的情况，同时关注了拉伸动载荷作用时间、夹具速度变化量及载荷大小三个因素，并协调了三者之间的耦合作用；
3)本发明先后对合格判据中的下限载荷值和上限载荷值进行试验，以验证试验件在较小动载荷作用下不会发生断裂，而在较大载荷动载荷作用下可能发生断裂，能够有效应对自封式脱落接头合格拉断动载荷具有不确定性这一特点，同时减少了多次试验可能带来的损伤累计效应和对自封式脱落接头拉伸断开载荷的影响。
附图说明
图1为本发明试验装置***的总体示意图。
图2为本发明试验装置的载荷转换工装示意图。
图3为本发明试验装置传动平台示意图。
图4为本发明试验装置加载平台示意图。
图5为自封式脱落接头示意图。
其中，1-落锤，2-调整质量块，3-加速度传感器，4-橡胶垫，5-加载平台，6-刚性基座，7-螺母，8-刚性螺杆，9-自封式脱落接头试验件，10-传动平台，11-动载荷传感器，12-定位滑轮，13-柔性绳，14-压块，15-第一圆形光孔，16-内螺纹孔，17-第二圆形光孔，18-底座，19-受载端头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的结构构包括自封式脱落接头试验件9，与自封式脱落接头试验件9通过底座18固定连接并固定在地面上的刚性基座6、与自封式脱落接头试验件9通过受载端头19固定连接的传动平台10、加载平台5，连接加载平台5与传动平台10的刚性螺杆8、提供冲击载荷的落锤1、固定在落锤上的加速度传感器3、固定在传动平台10上的动载荷传感器11、用于增加落锤质量的调整质量块2、用于调整载荷作用时间和大小的不同厚度的橡胶垫4、落锤初始释放位置定位滑轮12、与落锤相连且穿过定位滑轮用于控制落锤释放的无弹性的柔性绳13、固定柔性绳的压块14。
如图2～5所示，其中传动平台10的中间部位设有一个与自封式脱落接头受载端头19的外螺纹相配合的内螺纹孔16，且传动平台10的四角开有第一圆形光孔15，如图3所示；加载平台5四角开设有第二圆形光孔17，如图4所示，刚性螺杆8先后穿过传动平台四角的第一圆形光孔15及加载平台四角的第二圆形光孔17，且其螺纹端位于加载平台上部，配合与其螺纹端一致的螺母7，即可将传动平台10与加载平台5固定连接，形成载荷转换工装，如图2所示。
定位滑轮12固定在一定高度后，柔性绳13一端与落锤1相连，另一端绕过定位滑轮12，提升收紧柔性绳13并使用压块14将柔性绳13固定在地面上，以保证落锤1自由下落后铅直对心冲击加载平台5同时获得满足条件的初始冲击速度；调整质量块2可固定在落锤上，与落锤1一起下落冲击加载平台5，并通过改变质量块2的大小改变落锤1冲击的载荷；橡胶垫4放置在加载平台上，其类似于阻尼缓冲器，不同厚度的橡胶垫4对应不同的缓冲能力，进一步地，缓冲能力的不同对应于不同的载荷作用时间，经过调试试验后，可获取不同落锤1(含质量块2)冲击载荷与不同厚度橡胶垫4对应的载荷作用时间；动载荷传感器11固定在传动平台10上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器3固定在落锤1上，记录加速度随时间的变化情况，进一步获取载荷作用过程中落锤1的速度变化量。
本发明还公开了用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1:将刚性基座6固定在地面上，同时将自封式脱落接头试验件9固定在刚性基座上。
步骤2:将传动平台内螺纹16与试验件9端头19外螺纹拧紧固定连接；刚性螺杆8先后穿过传动平台四角的圆形光孔15及加载平台四角的圆形光孔17，配合与其螺纹端一致的螺母7将传动平台10与加载平台5固定连接。
步骤3:固定定位滑轮12，将柔性绳13一端与落锤1相连，落锤1上装载一定量的质量块2，柔性绳13另一端绕过定位滑轮12，提升收紧柔性绳13使得落锤1到加载平台5的要求距离h，并使用压块14将柔性绳13固定在地面上，以保证落锤1自由下落后铅直对心冲击加载平台5。其中落锤1到加载平台5的距离h与试验中要求的初始速度v有关，根据能量守恒定律，落锤1到加载平台5的距离h可由下式求得：
式中：m为落锤1与调整质量块2的总质量；g为重力加速度，一般情况下取9.8m/s2。
步骤4:将一定厚度的橡胶垫4放置在加载平台5上，同时动载荷传感器11固定在传动平台10上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器3固定在落锤1上，记录加速度随时间的变化情况，进一步获取载荷作用过程中落锤1的速度变化量。
步骤5:采用摸底试验件替代正式试验件进行调试试验，调试数次，其目的是选取合适的橡胶垫4及合适的质量块2：解除地面压块14，释放落锤1使其冲击加载平台5，通过刚性螺杆8和传动平台10将载荷转换为拉伸动载荷并加载在加载平台5上，由动载荷传感器11输出的载荷-时间曲线获得拉断载荷及载荷作用时间；由加速度传感器3获得加速度随时间的变化情况，通过加速度对时间的积分，进一步得到载荷作用过程中落锤的速度变化量。
步骤6:调整加载平台上的橡胶垫4的厚度(作为参数一)和固定在落锤上的质量块2的重量(作为参数二)，且遵循一次调试试验仅调整一个参数的原则，重复步骤3-5，获取相应质量块2和橡胶垫4所对应的载荷作用时间和速度变化量，对能符合试验要求中对载荷作用时间、夹具速度变化量规定的质量块2、橡胶垫4组合进行标记，并记录相应的拉伸动载荷大小。
步骤7:进行正式试验，由于自封式脱落接头9的合格断开载荷并非一限定值，而是在一载荷范围之内，为处理该载荷的不确定性，设计了如下正式试验方案，以验证自封式脱落接头9是否满足产品合格判据：首先选用调试试验所获取的质量块2及橡胶垫4，其相应的拉伸动载荷值应略小于产品合格判据所规定的拉断载荷范围下限载荷值(选用95％的下限载荷值)，以验证试验件9在较小动载荷作用下不会发生断裂，记录载荷大小、载荷作用时间、夹具速度变化量；其次对试验件施加动载荷为略小于合格判据所规定的拉断载荷范围上限载荷值(选用95％的上限载荷值)，若试验件9发生断裂，且动载荷传感器11输出的拉断动载荷值在合格判据的范围之内，则产品合格。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置，其特征在于，所述的加载装置包括刚性基座(6)，与刚性基座(6)连接的自封式脱落接头试验件(9)；所述的自封式脱落接头试验件(9)通过受载端头(19)，在自封式脱落接头试验件(9)下端连接有传动平台(10)；所述的传动平台(10)通过刚性螺杆(8)，在传动平台(10)上方连接有加载平台(5)；所述的传动平台(10)上还设置动载荷传感器(11)；所述的加载平台(5)的上表面设置有橡胶垫(4)；在自封式脱落接头试验件(9)垂直上方设置有落锤(1)；所述的落锤(1)下端分别设置有调整质量块(2)、加速度传感器(3)；
通过质量块调整落锤质量进而调整载荷大小，通过调整不同厚度的橡胶垫进而实现载荷作用时间调整；所述的橡胶垫放置在加载平台上，其类似于阻尼缓冲器，不同厚度的橡胶垫对应不同的缓冲能力；缓冲能力的不同对应于不同的载荷作用时间，经过调试试验后，获取不同落锤以及质量块的冲击载荷与不同厚度橡胶垫对应的载荷作用时间；所述的调整质量块固定在落锤上，与落锤一起下落冲击加载平台，并通过改变质量块的大小改变落锤冲击的载荷；动载荷传感器固定在传动平台上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器固定在落锤上，记录加速度随时间的变化情况，获取载荷作用过程中落锤的速度变化量。
2.根据权利要求1所述的一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置，其特征在于，所述的落锤(1)与柔性绳(13)一端相连；所述的柔性绳(13)另一端绕过定位滑轮(12)，且提升收紧柔性绳(13)并使用压块(14)将柔性绳(13)固定在地面上。
3.根据权利要求1所述的一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置，其特征在于，所述的自封式脱落接头试验件(9)通过底座(18)连接于刚性基座(6)，且刚性基座(6)固定连接在地面上。
4.根据权利要求1所述的一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置，其特征在于，所述的传动平台(10)的中间部位设有内螺纹孔(16)，所述的自封式脱落接头试验件(9)的受载端头(19)上设置有与内螺纹孔(16)相适配的外螺纹，通过外螺纹、内螺纹孔(16)的配合使得传动平台(10)与自封式脱落接头试验件(9)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的加载装置，其特征在于，所述的传动平台(10)四角开设有第一圆形光孔(15)，所述的加载平台(5)四角开设有第二圆形光孔(17)，所述的第一圆形光孔(15)、第二圆形光孔(17)上下位置对准，且刚性螺杆(8)先后穿过第一圆形光孔(15)、第二圆形光孔(17)，通过加载平台上部的螺纹端配合与其一致的螺母(7)固定，将传动平台(10)与加载平台(5)固定连接，形成载荷转换工装。
6.一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验加载装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、安装用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验的刚性基座(6)端的装置；
步骤二、安装落锤(1)，使得落锤(1)到加载平台(5)的要求距离h，且保证落锤(1)自由下落后铅直对心冲击加载平台(5)；
步骤三、将一定厚度的橡胶垫(4)放置在加载平台(5)上，同时动载荷传感器(11)固定在传动平台(10)上，记录载荷作用过程中拉伸动载荷随时间的变化情况；加速度传感器(3)固定在落锤(1)上，记录加速度随时间的变化情况，进一步获取载荷作用过程中落锤(1)的速度变化量；
步骤四、采用摸底试验件替代正式试验件进行调试试验，调试数次，选取最佳橡胶垫(4)厚度及最佳重量的质量块(2)：解除地面压块(14)，释放落锤(1)使其冲击加载平台(5)，通过刚性螺杆(8)和传动平台(10)将载荷转换为拉伸动载荷并加载在加载平台(5)上，由动载荷传感器(11)输出的载荷-时间曲线获得拉断载荷及载荷作用时间；由加速度传感器(3)获得加速度随时间的变化情况，通过加速度对时间的积分，进一步得到载荷作用过程中落锤的速度变化量；
步骤五、调整加载平台上的橡胶垫(4)的厚度，以橡胶垫(4)的厚度作为参数一；以质量块(2)的重量作为参数二，且遵循一次调试试验仅调整一个参数的原则，重复步骤二～四，获取相应质量块(2)和橡胶垫(4)所对应的载荷作用时间和速度变化量，对能符合试验要求的载荷作用时间、夹具速度变化量规定的质量块(2)、橡胶垫(4)组合进行标记，并记录相应的拉伸动载荷大小；
步骤六、进行正式试验：首先选用调试试验所获取的质量块(2)及橡胶垫(4)，首先选用95％的下限载荷值，以验证试验件(9)在较小动载荷作用下不会发生断裂，记录载荷大小、载荷作用时间、夹具速度变化量；
再选用95％的上限载荷值，若试验件(9)发生断裂，且动载荷传感器(11)输出的拉断动载荷值在合格判据的范围之内，则产品合格。
7.根据权利要求6所述的一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验加载装置的试验方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：
将刚性基座(6)固定在地面上，同时将自封式脱落接头试验件(9)固定在刚性基座上，将传动平台(10)的内螺纹(16)与受载端头(19)的外螺纹拧紧固定连接；刚性螺杆(8)先后穿过传动平台上的第一圆形光孔(15)及加载平台上的第二圆形光孔(17)，配合与其螺纹端一致的螺母(7)将传动平台(10)与加载平台(5)固定连接。
8.根据权利要求6所述的一种用于自封式脱落接头拉伸动载荷试验加载装置的试验方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：固定定位滑轮(12)，将柔性绳(13)一端与落锤(1)相连，落锤(1)上装载质量块(2)，柔性绳(13)另一端绕过定位滑轮(12)，提升收紧柔性绳(13)，使得落锤(1)到加载平台(5)的要求距离h，并使用压块(14)将柔性绳(13)固定在地面上；所述的距离h可由下式求得：
式中：m为落锤与调整质量块的总质量；v为初始速度，g为重力加速度。
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