CN113109170A - 一种复合材料长梁强度试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料试验技术领域，具体涉及一种复合材料长梁强度试验装置。包括长梁固定装置(1)、加载装置(2)、作动器固定装置(3)、长梁侧向约束装置(4)、支撑框架(5)。通过本发明能使试验件两端夹持端均匀承受载荷，同时避免长梁在加载后弯曲变形较大，影响试验加载，保证试验加载方向,提高了试验结果的准确性；根据试验件预计的变形量设计滚轮直径，保证了加载的方向与试验件垂直，保证试验件受力均匀；通过作动器固定装置，保证了施加的载荷的位置及方向准确。

Description

一种复合材料长梁强度试验装置
技术领域
本发明属于复合材料试验技术领域，具体涉及一种复合材料长梁强度试验装置。
背景技术
随国内外直升机型号的不断发展，由中、小型直升机逐步发展为大型直升机，从大量的使用金属材料到现在重量轻强度高的复合材料在直升机上大量使用，在保证强度同时又减轻直升机的重量，框、梁是机体承受载荷的最主要的构件。
直升机中机身梁采用RTM工艺，对机身梁试验件长梁进行强度摸底试验，是为了获得RTM工艺件的强度试验数据，从而为后续的详细设计提供依据。试验件长梁6选用先进复合材料纤维布设计并生产制造，采用RTM加工工艺固化形成长梁，RTM复合材料长梁的结构参见图2，包括腹板6a、上突缘6b、下突缘6c、加强筋6d。根据机身梁试验件长梁强度摸底试验要求，试验件长梁6水平放置、两端夹持并保持延展向自由，在中段施加三个均布载荷，同时试验件中心位置左、右约束试验件侧向位移前后方向位移。
目前，我国没有RTM工艺复合材料长梁强度试验的装置，不能满足上述试验要求，同时未检索到国内外相关技术公开。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提出一种复合材料长梁强度试验的装置，以满足进行复合材料长梁强度试验的需要。
本发明的技术方案是：为了实现上述目的，提出一种复合材料长梁强度试验装置，用于试验件长梁6强度试验，其特征在于，包括长梁固定装置1、加载装置2、作动器固定装置3、长梁侧向约束装置4、支撑框架5；
所述长梁固定装置1包括以试验件长梁6中心左右对称的长梁左固定装置11、长梁右固定装置12，分别对称安装于所述支撑框架5内上部，与所述试验件长梁6两端水平活动连接，可以使所述试验件长梁6两端沿展向产生相对滑动；
所述作动器固定装置3位于所述试验件长梁6正下方，其两端与所述支撑框架5相连，用于竖直固定作动器，以保证试验件长梁6与作动器位于同一垂直平面内；作动器下部固定连接于所述支撑框架5内部下端面上，所述加载装置2安装于作动器顶端，与所述试验件长梁6下表面接触，用于对试验件长梁6进行向上加载；
所述长梁侧向约束装置4包括以试验件长梁6中心左右对称的长梁左侧向约束装置41、长梁右侧向约束装置42，位于试验件长梁6正上方，其上端与所述支撑架5内部上端面连接，其下端开设有约束槽，所述试验件长梁6置于所述约束槽内，用于约束试验件长梁6前后方向的摆动。
在一个可能的实施例中，所述长梁左固定装置11、长梁右固定装置12均包括单耳上接头1a、连接螺栓1b、双耳下接头1c、试验件夹持框1d；
所述单耳上接头1a上端与所述支撑框架5相连；所述试验件长梁6两端夹持段置于所述试验件夹持框1d中，所述双耳下接头1c下部通过螺栓与试验件夹持框1d连接并将试验件长梁6固定在试验件夹持框1d内，所述双耳下接头1c上部双耳片上对称开设有长腰型孔，所述单耳上接头1a单耳置于所述双耳下接头1c双耳片之间，单耳上开设有螺纹孔，所述单耳上接头1a通过连接螺栓1b与所述双耳下接头1c相连。
在一个可能的实施例中，所述试验件长梁6两端与所述试验件夹持框1d之间存在间隙,确保试验件长梁6沿长梁展向方向可移动，其他方向通过试验件夹持框1d约束。
在一个可能的实施例中，所述双耳下接头1c上开设的长腰型孔与连接螺栓1b为间隙配合，间隙小于0.2mm。单耳上接头1a连接设计为长腰型孔的目的在于：在所述试验件长梁6中段施加三个均布载荷后，试验件长梁6可绕两端夹持端的连接螺栓1b旋转的同时在试验件长度方向可以沿腰形长孔平移，能使试验件两端夹持端均匀承受载荷，同时避免长梁在加载后弯曲变形较大，影响试验加载，保证试验加载方向,提高了试验结果的准确性。
在一个可能的实施例中，所述加载装置2包括加载接头2a、连接螺栓2b、加载滚轮2c；
所述加载装置2安装在作动器的活塞杆顶端，所述加载接头2a通过内螺纹连接在作动器的活塞杆的顶端，接头设计为双叉耳形式，所述加载滚轮2c通过连接螺栓2b固定在加载接头2a双叉耳之间，加载滚轮2c的宽度略大于试验件长梁6的宽度,保证试验加载时加载滚轮2c与试验件长梁6的下突缘6c表面完全接触。
在一个可能的实施例中，所述加载作动器固定装置3包括卡箍3a、卡板3b、长螺杆3c、螺母3d、作动器固定横梁3f、固定座3g；
所述作动器固定横梁3f包括前后对称设置的两根槽钢，槽钢两端分别与所述支撑框架5内部两端相连；所述固定座3g固定在厂房地面上，作动器下端与所述固定座3g相连接，作动器筒体置于所述卡箍3a内，所述卡箍3a上连接有卡板3b，所述卡板3b两端开设有两个孔，孔内各装有一根长螺杆3c,所述长螺杆3c两端分别与作动器固定横梁3f螺纹连接，所述螺母3d套装于所述长螺杆3c上，当作动器安装到位后通过拧紧所述螺母3d定位；通过此装置前后方向微调作动器，保证施加的载荷的位置及方向。
在一个可能的实施例中，作动器数量至少为3，且均匀布置于所述试验件长梁6加载段；所述加载作动器固定装置3还包括松紧螺套3e，所述松紧螺套3e位于相邻作动器之间，其两端分别套装于两侧作动器对应的所述长螺杆3c上，使多个作动器位于同一竖直平面内。
在一个可能的实施例中，所述长梁左侧向约束装置41、长梁右侧向约束装置42均包括连接螺栓4a、支架4b、约束槽4c；
所述支架4b的底板通过螺栓4a与所述支撑架5内部上端面连接，所述试验件长梁6放置在所述约束槽4c内。
在一个可能的实施例中，所述加载装置2的加载滚轮2c两边具有圆弧边，避免滚轮上的锐边在加载时造成应力集中使试验件提前破坏。
在一个可能的实施例中，所述作动器固定装置3在距离作动器加载端1/3处。
本发明的优点是：通过本发明能使试验件两端夹持端均匀承受载荷，同时避免长梁在加载后弯曲变形较大，影响试验加载，保证试验加载方向,提高了试验结果的准确性；根据试验件预计的变形量设计滚轮直径，保证了加载的方向与试验件垂直，保证试验件受力均匀；通过作动器固定装置，保证了施加的载荷的位置及方向准确。
此发明能满足进行RTM工艺复合材料长梁试验的需要，试验精度高。载荷能够有效实施加载，均匀受载，避免出现提前破坏。
附图说明
图1是本发明试验件长梁6结构示意图
图2是本发明复合材料长梁强度试验的装置结构示意图
图3是本发明中长梁固定装置1结构示意图
图4是本发明中加载装置2结构示意图
图5是本发明中作动器固定装置3结构示意图
图6是本发明中长梁侧向约束装置4结构示意图
图7是本发明中长梁侧向约束装置4局部放大图
其中：
1-长梁固定装置，11-长梁左固定装置，12-长梁右固定装置，1a-单耳上接头，1b-连接螺栓，1c-双耳下接头，1d-试验件夹持框；2-加载装置，
2a-加载接头，2b-连接螺栓，2c-加载滚轮；3-作动器固定装置，3a-卡箍，3b-卡板，3c-长螺杆，3d-螺母，3e-松紧螺套，3f-作动器固定长梁，3g-固定座；4-长梁约束装置，41-长梁左侧向约束支架，42-长梁右侧向约束支架，4a-连接螺栓，4b-支架，4c-试验件约束面；5-支撑框架；6-试验件长梁，6a-腹板，6b-上突缘，6c-下突缘，6d-加强筋
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，一种复合材料长梁的强度试验装置，其特征在于，包括固定装置1、加载装置2、作动器固定装置3及试验件侧向约束装置4、支撑框架5。其中固定装置两套，加载装置三套，作动器固定装置三套及长梁侧向约束装置两套。
参见图3，固定装置1由单耳上接头1a、连接螺栓1b、双耳下接头1c、试验件夹持框1d。
所述长梁固定装置1有两套，以试验件长梁6中心左右对称的长梁左固定装置11、长梁右固定装置12，用于将待测复合材料长梁两端水平固定，分别对称安装于所述支撑框架5内上部；长梁试验时，长梁左固定装置11、长梁右固定装置12各装夹试验件的一端。具体实施如下：试验件一端200mm夹持段放入试验件夹持框1d中，上面是双耳下接头1c通过6个螺栓将试验件固定在夹持框内，试验件与试验件夹持框1d之间间隙不大于0.2mm,确保试验件在长梁展向长度方向可移动，其他两个方向通过试验件夹持框1d约束，双耳下接头1c上部有一个腰型孔，通过连接螺栓1b与单耳上接头1a连接，单耳上接头1a了连接到支撑框架5上。其特征在于双耳下接头1c与单耳上接头1a连接设计为腰形长孔，腰形长孔与连接螺栓1b为间隙配合，间隙小于0.2mm,单耳上接头1a连接设计为腰形长孔的目的在于：在试验件中段施加三个均布载荷后，试验件两端可绕两端夹持端的螺栓旋转的同时在试验件长度方向可以微量平移。
在试验件要求的位置施加三个均布载荷，RTM工艺复合材料长梁的试验设计了相同的三套加载装置2和作动器固定装置3。
参见图4，加载装置2分别由加载接头2a、连接螺栓2b、加载滚轮2c组成的。所述加载装置2安装在作动器的活塞杆的顶端，试验件的正下方。如图6所示，加载接头2a通过内螺纹连接在作动器的活塞杆的顶端，接头设计为双叉耳形式，加载滚轮2c通过连接螺栓2b固定在加载接头2a双叉耳上，加载滚轮2c的宽度略大于试验件的宽度6mm,保证试验加载时滚轮与梁的下突缘6c完全接触，且滚轮两边为R＝2mm的圆弧边，避免滚轮上的锐边在加载时造成应力集中使试验件提前破坏，加载滚轮2c根据试验件预计的变形量设计滚轮直径80mm，试验加载后，试验件长梁6与滚轮之间为一小段圆弧面接触，保证了加载的方向保持与试验件垂直，为保证试验件受力均匀，增加对试验件的保护，在试验件的表面试验件下表面与3个加载滚轮2c接触的加载区间粘贴2mm的薄塑料胶皮。
参见图5，长梁试验中作动器加载，通过活塞杆向外伸出作用到试验件下表面实施加载，因此需固定作动器并准确保证作动器施加载荷的位置及方向，在这里设计了作动器固定装置3。所述加载作动器固定装置3分别由卡箍3a、卡板3b、长螺杆3c、螺母3d、松紧螺套3e、作动器固定横梁3f、固定座3g组成的。作动器一端固定在厂房地面的固定座3g上，另一端连接所述加载装置2，在距离作动器加载端1/3处设计了作动器固定装置3，作动器筒体放置到卡箍3a里，在卡箍3a两边的两个卡板3b分别加工两个孔，各装一根长螺杆3c,作动器安装到位后通过长螺杆3c上的螺母定位拧紧，长螺杆两端连接在两根作动器固定横梁3f上，作动器前后方向微调可通过此装置，左右方向的微调可通过作动器固定横梁3f两侧的长腰型孔，通过所述装置固定施加载荷的3个作动器，作动器加载轴线与试验件长梁6下表面垂直，且三个作动器的加载轴线在试验件前后方向的对称面内，通过所述装置保证施加的载荷的位置及方向。
参见图6、图7，试验件侧向约束装置4由2个侧向约束支架，长梁左侧向约束支架41、长梁右侧向约束支架42，连接螺栓4a、两根可调节横梁4b组成的。长梁左侧向约束支架41、长梁右侧向约束支架42的底板通过四个螺栓连接到两根可调节横梁4b上，通过约束支架底板上腰型孔微调支架与试验件的距离，试验件约束部分放置在支架试验件约束面滑槽4c内，滑槽4c宽度为80mm,试验件距两侧约束面的距离大约3mm,长梁左侧向约束支架41和长梁右侧向约束支架42固定在试验件中心位置左、右300mm位置约束试验件前后方向。
本发明的工作原理是：试验时，RTM试验件长梁同时3点施加均布载荷，要求试验中加载方向在垂直于长梁的下表面，试验件两端可绕两端夹持端的螺栓旋转的同时在试验件长度方向可以微量平移，本发明能使试验件两端夹持端均匀承受载荷，同时避免长梁加载后弯曲变形较大，影响试验加载，保证试验加载方向,提高了试验结果的准确性。根据试验件预计的变形量设计滚轮直径，保证了加载的方向与试验件垂直，保证试验件受力均匀；通过作动器固定装置，保证了施加的载荷的位置及方向准确。

Claims (10)

1.一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，用于试验件长梁(6)强度试验，包括长梁固定装置(1)、加载装置(2)、作动器固定装置(3)、长梁侧向约束装置(4)、支撑框架(5)；
所述长梁固定装置(1)包括以试验件长梁(6)中心左右对称的长梁左固定装置(11)、长梁右固定装置(12)，分别对称安装于所述支撑框架(5)内上部，与所述试验件长梁(6)两端水平活动连接，可以使所述试验件长梁(6)两端沿展向产生相对滑动；
所述作动器固定装置(3)位于所述试验件长梁(6)正下方，其两端与所述支撑框架(5)相连，用于竖直固定作动器，以保证试验件长梁(6)与作动器位于同一垂直平面内；作动器下部固定连接于所述支撑框架(5)内部下端面上，所述加载装置(2)安装于作动器顶端，与所述试验件长梁(6)下表面接触，用于对试验件长梁(6)进行向上加载；
所述长梁侧向约束装置(4)包括以试验件长梁(6)中心左右对称的长梁左侧向约束装置(41)、长梁右侧向约束装置(42)，位于试验件长梁(6)正上方，其上端与所述支撑架(5)内部上端面连接，其下端开设有约束槽，所述试验件长梁(6)置于所述约束槽内，用于约束试验件长梁(6)前后方向的摆动。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述长梁左固定装置(11)、长梁右固定装置(12)均包括单耳上接头(1a)、连接螺栓(1b)、双耳下接头(1c)、试验件夹持框(1d)；
所述单耳上接头(1a)上端与所述支撑框架(5)相连；所述试验件长梁(6)两端夹持段置于所述试验件夹持框(1d)中，所述双耳下接头(1c)下部通过螺栓与试验件夹持框(1d)连接并将试验件长梁(6)固定在试验件夹持框(1d)内，所述双耳下接头(1c)上部双耳片上对称开设有长腰型孔，所述单耳上接头(1a)单耳置于所述双耳下接头(1c)双耳片之间，单耳上开设有螺纹孔，所述单耳上接头(1a)通过连接螺栓(1b)与所述双耳下接头(1c)相连。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述试验件长梁(6)两端与所述试验件夹持框(1d)之间存在间隙,确保试验件长梁(6)沿长梁展向方向可移动，其他方向通过试验件夹持框(1d)约束。
4.根据权利要求2所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述双耳下接头(1c)上开设的长腰型孔与连接螺栓(1b)为间隙配合，间隙小于0.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述加载装置(2)包括加载接头(2a)、连接螺栓(2b)、加载滚轮(2c)；
所述加载装置(2)安装在作动器的活塞杆顶端，所述加载接头(2a)通过内螺纹连接在作动器的活塞杆的顶端，接头设计为双叉耳形式，所述加载滚轮(2c)通过连接螺栓(2b)固定在加载接头(2a)双叉耳之间，加载滚轮(2c)的宽度略大于试验件长梁(6)的宽度,保证试验加载时加载滚轮(2c)与试验件长梁(6)的下突缘(6c)表面完全接触。
6.根据权利要求5所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述加载装置(2)的加载滚轮(2c)两边具有圆弧边，避免滚轮上的锐边在加载时造成应力集中使试验件提前破坏。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述加载作动器固定装置(3)包括卡箍(3a)、卡板(3b)、长螺杆(3c)、螺母(3d)、作动器固定横梁(3f)、固定座(3g)；
所述作动器固定横梁(3f)包括前后对称设置的两根槽钢，槽钢两端分别与所述支撑框架(5)内部两端相连；所述固定座(3g)固定在厂房地面上，作动器下端与所述固定座(3g)相连接，作动器筒体置于所述卡箍(3a)内，所述卡箍(3a)上连接有卡板(3b)，所述卡板(3b)两端开设有两个孔，孔内各装有一根长螺杆(3c),所述长螺杆(3c)两端分别与作动器固定横梁(3f)螺纹连接，所述螺母(3d)套装于所述长螺杆(3c)上，当作动器安装到位后通过拧紧所述螺母(3d)定位；通过此装置前后方向微调作动器，保证施加的载荷的位置及方向。
8.根据权利要求7所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述作动器固定装置(3)在距离作动器加载端1/3处。
9.根据权利要求7所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，作动器数量至少为3，且均匀布置于所述试验件长梁(6)加载段；所述加载作动器固定装置(3)还包括松紧螺套(3e)，所述松紧螺套(3e)位于相邻作动器之间，其两端分别套装于两侧作动器对应的所述长螺杆(3c)上，使多个作动器位于同一竖直平面内。
10.根据权利要求1所述的一种复合材料长梁强度试验装置，其特征在于，所述长梁左侧向约束装置(41)、长梁右侧向约束装置(42)均包括连接螺栓(4a)、支架(4b)、约束槽(4c)；
所述支架(4b)的底板通过螺栓(4a)与所述支撑架(5)内部上端面连接，所述试验件长梁(6)放置在所述约束槽(4c)内。
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