CN111256925A

CN111256925A - 大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法

Info

Publication number: CN111256925A
Application number: CN202010177351.5A
Authority: CN
Inventors: 吕新颖; 叶海涛; 余音; 刘龙权
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-06-09

Abstract

一种大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，通过固定大挠度小应变类结构并进行扣重处理后，将作动筒安装、固定并和结构加载点之间进行连接配合，最后进行确定步长的随动加载得到更加精确的检测结果。

Description

大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法

技术领域

本发明涉及的是一种机械结构领域的技术，具体是一种用于模拟大挠度小应变类结构的随动法向加载，例如对全尺寸机翼模拟随动气动加载的实现方法。

背景技术

现有结构强度验证方法中多使用：对结构件施加一定比例的设计载荷来观察所设计的结构件是否能达到设计要求，主要考察被检查的结构件在设计载荷范围内是否发生屈曲、破坏和失稳等现象。常规载荷施加方法只能改变载荷大小，很难随着结构受载变形而随时调整载荷的方向。对于通常变形小于长度的1％的小挠度类结构件，检测过程中施加的载荷和方向能够有效且精确的模拟法向载荷，但对于大挠度类的结构，尤其是大挠度小应变类结构比如飞机机翼，如果还采用直接法向加载的方法，得到的结果将会非常不精确。因为随着载荷的增大，飞机机翼将会产生较大的形变(翼尖形变量甚至可以达到机翼长度的30％左右)，而传统类型的载荷施加方法始终垂直于初始翼面不曾改变，无法准确模拟机翼在变形过程中所承受的气动载荷(气动载荷应始终垂直于翼面)。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，通过作动筒与固定平台滑槽的连接方式，同时结合点拟合工具预测出下一阶段法向载荷的加载方向，从而实现法向随动加载，得到了更加精确的检测结果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过固定大挠度小应变类结构并进行扣重处理后，将作动筒安装、固定并和结构加载点之间进行连接配合，最后进行确定步长的随动加载。

技术效果

本发明整体解决了传统法向加载方法不能在载荷的施加过程中及时随结构的变形而调整载荷方向的问题。与现有技术相比，本发明可以随结构变形而调整加载方向从而实现随动法向加载且检测结果准确性大大提高，尤其对于大挠度小应变类结构，采用本发明的随动加载设计将能很大程度上提高结果的准确性和可靠性。此外，本发明提出的随动加载设计简单易实施，具有很强的工程实操性。

附图说明

图1为本发明加载点卡板以及结构的加载轴视图；

图2为本发明加载点卡板以及结构的加载正视图；

图3为本发明加载点卡板以及结构的加载侧视图；

图4为本发明加载点卡板以及结构的加载俯视图；

图5为本发明随动加载步骤示意图；

图中：1为卡板、2为大挠度小应变类结构、3为固定平台、4为保护橡胶垫、5为作动筒主体部分、6为作动筒底座、7为滑槽。

具体实施方式

如图1至图4所示，为本实施例涉及一种实现上述方法的大挠度小应变类结构随动法向加载装置，包括：带有滑槽7的底座以及设置于底座两端的固定平台3和作动筒5，其中：大挠度小应变类结构2的一端与固定平台3垂直连接，另一端通过卡板1设置于作动筒5的顶部。

所述的作动筒5的底部通过作动筒底座6滑动设置于滑槽7内。

所述的卡板1与大挠度小应变类结构2之间设有保护橡胶垫4。

如图2所示，为采用上述装置的大挠度小应变类结构随动法向加载的实现方法，包括以下步骤：

步骤1)固定大挠度小应变类结构：通过固定平台3固定待加载的大挠度小应变类结构2的一端并形成类悬臂梁结构，从而对大挠度小应变类结构施加载荷。

所述的大挠度小应变类结构2为实心、空心结构的恒截面或变截面结构，其横截面尺寸远小于整体长度，优选小于10％。

步骤2)扣重处理：首先将大挠度小应变类结构2的重心和固定平台3的重心合并计算处理后获得扣重的重心，根据扣重重心位置以及加载点的加载方向施加一个反向相同大小的载荷，从而实现扣重。

所述的加载点的数量根据大挠度小应变类结构2的长度计算，优选加载点之间间隔0.5-1米左右。

所述的加载点的位置优选为：固定平台3与大挠度小应变类结构2的固定点往另一端均匀分布。

步骤3)作动筒安装、固定以及和结构加载点之间的连接：将用于对结构施加载荷的作动筒的主体部分5与底座6通过球笼转动连接并实现各向旋转，将底座通过螺栓连接并固定设置于固定平台的滑槽7，将作动筒与匹配相应加载点位置的结构型面的卡板1相连接。

所述的卡板与作动筒之间设有保护橡胶垫4。

步骤4)随动加载设计：对于大挠度小应变类结构,使用滑轨移动作动筒并结合Excel平滑曲线或者Catia软件中的样条线功能预测下一阶段偏移角度来实现法向随动加载，具体包括：

4.1)0％-40％载荷加载阶段，即0％载荷点A₁至40％载荷点A₂：如图2的固定点至作动筒顶点直线OA₁至固定点至40％载荷点曲线OA₂所示，L为结构一端固定点O到固定平台距离。首先在0％的初始状态，经过扣重后，大挠度小应变类结构处于水平状态，此时作动筒的固定摆放位置如图2中A₁B₁所示，其中作动筒的摆放位置A₁B₁垂直于结构的初始位置。控制作动筒施加载荷至40％设计载荷(固定点至40％载荷点曲线OA₂)，底座位置不变，作动筒主体部分方向随结构的变形而改变。

4.2)40％-60％加载阶段，即40％载荷点A₂至60％载荷点A₃：如图2的固定点至40％载荷点曲线OA₂至固定点至60％载荷点曲线OA₃所示，作动筒的初始位置从A₁B₁移动到40％载荷点与80％载荷点投影连线A₂B₄位置，其中40％载荷点与80％载荷点投影连线A₂B₄垂直曲线固定点至40％载荷点连线OA₂于40％载荷点A₂。要得到直线A₂B₄，首先可根据40％设计载荷时各加载点的位置来拟合(Excel平滑曲线或者Catia软件中的样条线功能均可以快速实现)出大挠度小应变类结构的整体形变，再过A₂点作垂线，交固定平台于点B₄，并求出点B₄位置，其中A₂B₄与竖直方向夹角为θ₁)。作动筒通过滑槽来移动底座，将其底座位置从B₁移到B₄。控制作动筒施加载荷至60％设计载荷(曲线OA₃)，底座位置不变，作动筒主体部分方向随结构的变形而改变。

4.3)60％-100％加载阶段，即60％载荷点A₃至100％载荷点A₄：如图2的固定点至60％载荷点曲线OA₃至固定点至100％载荷点曲线OA₄所示，作动筒的初始位置从40％载荷点与80％载荷点投影连线A₂B₄移动到60％载荷点与辅助点连线A₃B₅位置，其中A₃B₅垂直曲线OA₃于点A₃。要得到直线A₃B₅，首先可根据60％设计载荷时各加载点的位置来拟合出大挠度小应变类结构的整体形变，再过A₃点作垂线，交固定平台于辅助点B₅，即求出辅助点B₅位置，其中A₃B₅与竖直方向夹角为θ₂)。作动筒通过滑槽来移动底座，将其底座位置从B₃移到B₅。控制作动筒施加载荷至100％设计载荷(曲线OA₄)，底座位置不变，作动筒主体部分方向随结构的变形而改变。

步骤4)中作动筒载荷以5％为一级，逐级加载至60％限制载荷，每一级采集应变和位移，手动保载60s，检查工装和加载设备、采集设备并记录。

优选地，所述的步骤4.3)中作动筒载荷在60％～90％之间以2％为一级，逐级加载至90％限制载荷，90％～100％按照1％为一级，逐级加载至100％，保载30秒，每一级采集应变和位移。试验过程中注意检查试验件及夹具是否正常，并注意对位移、应变等试验数据进行监控。

优选地，步骤4)中作动筒调整步骤也可以按0％-20％、20％-40％、40％-60％、60％-80％、80％-100％划分，甚至可划分出更多的步骤以得到更加精确的模拟气动加载。作动筒底座位置随着加载的进行调整次数越多，载荷施加的越精确，但同时也会带来更大的时间和计算成本。

经过具体实际检测，在室温设置下，根据实际结构尺寸按照上述步骤启动，能够得到的检测数据是：结构加载点位移，加载力，滑槽位置点。

与现有技术相比，当一个大挠度小应变类部件受载时发生的变形越大，本发明提供的法向随动加载方法的准确度越高。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims

1.一种大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，其特征在于，通过固定大挠度小应变类结构并进行扣重处理后，将作动筒安装、固定并和结构加载点之间进行连接配合，最后进行确定步长的随动加载，具体步骤包括：

①通过固定平台以及立体桁架固定待加载的大挠度小应变类结构的一端并形成类悬臂梁结构，从而对大挠度小应变类结构施加载荷；

②首先将大挠度小应变类结构的重心和固定平台的重心合并计算处理后获得扣重的重心，根据扣重重心位置以及加载点的加载方向施加一个反向相同大小的载荷，从而实现扣重；

③将用于对结构施加载荷的作动筒的主体部分与底座通过球笼转动连接并实现各向旋转，将底座通过螺栓连接并固定设置于固定平台的滑槽，将作动筒与匹配相应加载点位置的结构型面的卡板相连接；

④对于大挠度小应变类结构，使用滑轨移动作动筒并结合平滑曲线或样条线预测下一阶段偏移角度来实现法向随动加载。

2.根据权利要求1所述的大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，其特征是，所述的大挠度小应变类结构为实心、空心结构的恒截面或变截面结构，其横截面尺寸小于整体长度的10％。

3.根据权利要求1所述的大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，其特征是，所述的加载点的数量根据大挠度小应变类结构的长度计算；加载点之间间隔0.5-1米；加载点的位置为：固定平台与大挠度小应变类结构的固定点往另一端均匀分布。

4.根据权利要求1所述的大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，其特征是，所述的卡板与作动筒之间设有保护橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的大挠度小应变类结构随动法向加载实现方法，其特征是，所述的步骤④中，作动筒载荷以5％为一级，逐级加载至60％限制载荷，每一级采集应变和位移，手动保载60s，检查工装和加载设备、采集设备并记录。

6.一种实现权利要求1～5中任一所述方法的大挠度小应变类结构随动法向加载装置，其特征在于，包括：带有滑槽的底座以及设置于底座两端的固定平台和作动筒，其中：大挠度小应变类结构的一端与固定平台垂直连接，另一端通过卡板设置于作动筒的顶部；

所述的作动筒的底部通过作动筒底座滑动设置于滑槽内；

所述的卡板与大挠度小应变类结构之间设有保护橡胶垫。