一种可实现消除惯性力影响的落锤冲击拉伸试验梁式转换装置

摘要

本发明公开了一种可实现消除惯性力影响的落锤冲击拉伸试验梁式转换装置，属于试验设备技术领域，包括落锤试验机、梁式传力方向转换机构、限位框架和试件连接件。本发明通过梁式转换装置，能够将落锤竖向冲击荷载转化为水平拉伸荷载，消除落锤试验机锤头竖向冲击产生的惯性力效应；同时试验装置结构构造简单，不易发生整体失稳现象，加工制造简单易控，并且通过限位框架能精确控制试验试件拉伸变形，保证试验安全；通过调整试件尺寸和落锤能量，可以调整试验加载应变率，可模拟实际工程结构材料受冲击荷载时的应变率效应和动态力学性能。

说明书

技术领域

本发明属于试验设备技术领域，特别涉及一种可实现消除惯性力影响的落锤冲击拉伸试验梁式转换装置。

背景技术

目前，进行结构抗冲击性能拉伸试验的设备根据材料加载应变率的范围主要可分为两种，分别对应于高应变率时采用的霍普金森杆试验装置和中等速度冲击时采用的落锤冲击装置，以及低速冲击时采用快速加载作动器。在实际工程中大量的实例都属于中低速冲击过程，对于此类问题的试验，落锤冲击装置是一种简单、可靠的加载装置。

在现有落锤竖向冲击拉伸转换装置中，落锤沿导轨竖直落下，竖向冲击试验台座上固定的试件，从而研究试件在冲击荷载下的动态力学性能。但由于落锤冲击惯性力的存在，置于落锤内的力传感器将同时测得惯性力，从而影响合理评估结构构件抗冲击能力。而且竖向冲击拉伸转换装置结构复杂，试验试件尺寸受限，无法进行大尺寸试验。在现有落锤冲击拉伸试验桁架转换装置中，落锤沿导轨竖直落下，竖向冲击撞击块，通过桁架转换装置将落锤的竖向冲击荷载转换为水平拉伸荷载，从而消除惯性力影响，但由于桁架节点构造复杂，特别是桁架自身侧向刚度小，易导致桁架出现节点破坏或整体失稳破坏，影响到试验数据的稳定性和准确性。同时，现有装置没有限位装置，无法实现精确加载，影响到装置的适用性。

发明内容

针对现有落锤竖向冲击拉伸转换装置测量荷载时不易合理定量惯性力及试件尺寸受限和现有落锤冲击拉伸试验桁架转换装置节点构造复杂及侧向刚度小的问题，本发明旨在提供一种新型可实现消除惯性力影响的落锤冲击拉伸试验梁式转换装置，该试验装置可实现消除惯性力对试验结果的影响，在竖向冲击荷载作用下进行水平拉伸试验，同时装置构造简单不易发生侧向失稳现象，加工制造简单易控，并且通过限位框架能精确控制试验试件拉伸变形，保证试验安全，方便进行试验装置的设计制造，并能够较真实的模拟实际结构中各类材料在冲击荷载作用下的动态力学性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，所述可实现消除惯性力影响的落锤冲击拉伸试验梁式转换装置，包括落锤试验机、梁式传力方向转换机构、限位框架和试件连接件；

所述落锤试验机包括多根导轨，固定在多根导轨上的定位夹具，钩挂在定位夹具上的锤体；

所述梁式传力方向转换机构由两根“L”形梁和两侧的固定立柱与固定斜撑组成，“L”形梁包括两根水平传力梁，两根竖向传力梁，节点端板，节点耳板，节点销轴，滚轮轴承，竖向传力梁下部设置定位螺杆，水平传力梁中间设置楔形钢块，楔块轴，“L”形梁通过平板铰固定于固定立柱，固定斜撑上；

所述限位框架位于楔形钢块下方，包括箱型梁，框架柱，框架斜撑；

所述试件连接件包括端板，耳板，传感器，试件，销轴。

以下对本发明做出进一步说明。

所述所述每根水平传力梁分别跟一根竖向传力梁一体成型或者通过焊接成为一体。

进一步地，所述水平传力梁内侧端部均设有两块节点耳板，每个滚轮轴承分别通过销轴和节点耳板连接固定在水平传力梁上，楔形钢块竖直放置在两个滚轮轴承中间形成活动铰。

进一步地，所述水平传力梁外侧端部均设有一块节点端板，每块节点端板均连有两块节点耳板，节点销轴分别穿过节点耳板与节点耳板相连形成平板铰。

进一步地，所述箱型梁与框架柱和框架斜撑通过焊接成为一体，箱型梁内嵌有三个直线轴承，楔块轴竖直插入直线轴承中。

上述水平传力梁优选为两根，竖向传力梁优选为两根，固定立柱优选为两根，固定斜撑优选为两根，框架柱优选为两根，框架斜撑优选为两根。

藉由上述机构装置，所述“L”形梁通过节点耳板和节点销轴形成平板铰固定在固定立柱与固定斜撑上。梁式传力方向转换机构中部的楔形钢块竖向放置在两个轴承中间形成活动铰。当落锤锤体作用于梁式传力方向转换机构中部的楔形钢块时，楔形钢块带动轴承使“L”形梁发生以平板铰为旋转中心的整体转动，在转动过程中将锤体的竖向冲击力通过“L”形梁传递给试件连接件，即实现了试件在竖向冲击荷载作用下的水平拉伸试验，同时由于传感器位于试件连接件上从而消除了落锤冲击惯性力的影响。楔形钢块沿直线轴承向下平移一定距离后与限位框架碰撞并停止继续运动，从而实现控制试验荷载与位移的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可实现落锤冲击拉伸试验，并消除在试验中存在的惯性力影响，能够真实的模拟实际结构构件在冲击荷载作用下的受力情况，同时试验装置结构构造简单，不易发生整体失稳现象，加工制造简单易控，稳定可靠。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明所述梁式传力方向转换机构的结构示意图(正视)；

图3是本发明所述梁式传力方向转换机构的结构示意图(俯视)；

图4是本发明所述限位框架的结构示意图；

图5是本发明所述试件连接件的结构示意图；

图6是本发明所述楔形钢块的结构示意图。

在图中：

1,2-落锤导轨，3-定位夹具，4-锤体，

5-楔形钢块，6,7,8,9,25,26,27,28,29,30,31,32-节点耳板，

10,11,33,34-节点销轴，12,13-滚轮轴承，14,15,16-楔块轴，

17,18-水平传力梁，19,20-竖向传力梁，21,22,23,24-定位螺杆，

35,36,37,38-节点端板，39,40-固定立柱，41,42-固定斜撑，

43-箱型梁，44,45-框架斜撑，46,47-框架柱，

48-试件，49,50,59,60,63,64-端板，51,52,53,54,57,58-耳板，

55,56-销轴，61,62-传感器。

具体实施方式

一种可实现可实现消除惯性力影响的落锤冲击拉伸试验梁式转换装置由落锤试验机、梁式传力方向转换机构、固定底座和试件连接件组成，参见图1。落锤试验机如图1所示，其由导轨1、2、定位夹具3、锤体4组成。定位夹具3固定在导轨1和2上，锤体4钩挂在定位夹具3上。梁式传力方向转换机构如图2和图3所示，其由楔形钢块5、十二块耳板6、7、8、9、25、26、27、28、29、30、31、32、四根节点销轴10、11、33、34、两个滚轮轴承12、13、三根楔块轴14、15、16、两根水平传力梁17、18、两根竖向传力梁19、20、四根定位螺杆21、22、23、24、四块节点端板35、36、37、38、两根固定立柱39、40、两根固定斜撑41、42组合而成。水平传力梁17、18分别跟一根竖向传力梁19、20一体成型或者通过焊接成为一体。水平传力梁17、18端部均焊有两块耳板6、7、8、9，每个滚轮轴承12、13分别通过销轴10、11和节点耳板6、7、8、9连接固定在水平传力梁17、18上，楔形钢块5竖直放在两个滚轮轴承12、13中间形成活动铰并允许有一定的转动和平移。水平传力梁17、18另一端均焊有一块节点端板35、36，每块节点端板35、36均连有两块节点耳板25、26、27、28，节点销轴33、34分别穿过节点耳板25、26、27、28与节点耳板29、30、31、32相连形成平板铰。限位框架如图4所示，其由箱型梁43，框架柱46、47，框架斜撑44、45组成。箱型梁43与框架柱46、47和框架斜撑44、45通过焊接成为一体。试件连接件如图5所示，其由六块端板49、50、59、60、63、64、六块耳板51、52、53、54、57、58、传感器61、62、销轴55、56、试件48组成。耳板51、52、53、54、57、58通过焊接分别与端板49、50、59、60相连，传感器61、62两端通过螺栓分别与端板59、60、63、64相连，试件48两端通过焊接与端板63、64相连。

当本发明用于落锤拉伸冲击试验时，当落锤锤体4沿着导轨1、2下落并作用于楔形钢块5时，如图2所示楔形钢块5将带动滚轮轴承12、13瞬间向下运动，引起“L”形梁发生以销轴33、34形成的平板铰为旋转中心的整体转动。竖向传力梁19、20下端带动销轴55、56向两侧运动，并施加给给试件48一个水平冲击拉伸荷载，同时拉伸冲击力由试件连接件上的传感器61、62测得，楔形钢块5通过楔块轴14、15、16沿直线轴承向下平移一定距离后与箱型梁43发生碰撞停止继续运动实现控制试验荷载与试件位移。由上述可知本发明可实现消除惯性力影响的落锤拉伸冲击试验。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。