一种可调节板壳结构弹性边界实验装置

摘要

一种可调节板壳结构弹性边界实验装置，由夹爪和丝杠滑块机构组成，丝杠滑块机构包括相对设置的固定端扇和移动端扇，夹爪为偶数个，每对夹爪对称安装在固定端扇和移动端扇上，夹爪包括夹持支架，夹持支架外侧安装在固定端扇或移动端扇上，内侧两端向内伸出水平杆，两水平杆之间连接有弹簧立柱，夹持支架内侧中部通过转动副连接下夹板，弹簧立柱贯穿下夹板，弹簧立柱上位于下夹板两侧均设有弹簧和弹簧压盖，两侧的弹簧的近端与下夹板连接，远端与弹簧压盖连接，下夹板上安装有上夹板，上夹板与下夹板之间形成用于夹持试验件的空间。本发明可在弹性边界条件下测试直梁、曲梁、板、曲壳形状试验件相关机械振动特性。

说明书

技术领域

本发明属于试验装夹装置技术领域，特别涉及一种可调节板壳结构弹性边界实验装置。

背景技术

梁类、薄板类和壳类结构是航天等许多工业部门中大量使用的构件之一，此类结构一般承受面内压力载荷作用，屈曲是结构破坏的主要形式。屈曲的发生一般是突然的，对于承受压缩载荷的板壳来说，屈曲之后结构的承载能力大大下降，变形急剧增加，最终导致破坏，甚至造成灾难性的后果。而对梁类、薄板类和壳类结构进行机械振动相关测试，有助于理解其动态特性和失效机理。

弹性边界是最常见的工况之一，模拟弹性边界是试验件机械振动相关测试的关键之一，本申请发明人在实现实验操作的过程中，发现现有装夹实验台不适用或者不通用于梁、板、壳、加筋板、加筋壳的相关测试，测试梁类、薄板类和壳类结构试验件的各项机械特性十分困难。

因此在对多种梁、板、壳、加筋板、加筋壳进行测试时，需要一款可调节的板壳结构弹性边界实验装置既能同时满足多种不同材料的装夹需求，又能简单便捷地操作，以此取代现有装夹实验台，有利于控制实验变量，减小实验误差并降低实验成本。

同时，在模拟弹性边界的过程中，要求装夹装置能满足机械振动相关测试的需求，对此有必要设计一款既可调节弹性边界刚度又可配合不同形状试验件的夹持装置，以实现对多种弹性边界的模拟。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可调节板壳结构弹性边界实验装置，通过改变夹爪上弹簧的伸缩量来改变工件夹板的转动角度，并由改变两端扇板距离配合不同试验件，实现了固定不同形状、大小试验件，以适应相关测试的要求，可用于树脂基复合材料梁、板、壳及加筋板、加筋板试验件进行模态、瞬态响应、稳态响应的波动特性测试试验。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可调节板壳结构弹性边界实验装置，其特征在于，由夹爪1和丝杠滑块机构2组成，所述丝杠滑块机构2包括相对设置的固定端扇21和移动端扇25，所述夹爪1为偶数个，每对夹爪1对称安装在固定端扇21和移动端扇25上，所述夹爪1包括夹持支架11，夹持支架11外侧安装在固定端扇21或移动端扇25上，内侧两端向内伸出水平杆，两水平杆之间连接有弹簧立柱14，夹持支架11内侧中部通过转动副连接下夹板18，弹簧立柱14贯穿下夹板18，弹簧立柱14上位于下夹板18两侧均设有弹簧110和弹簧压盖15，两侧的弹簧110的近端与下夹板18连接，远端与弹簧压盖15连接，下夹板18上安装有上夹板17，上夹板17与下夹板18之间形成用于夹持试验件的空间。

所述上夹板17通过夹板螺栓16和螺母19连接于下夹板18的内侧端部。

通过转动弹簧压盖15控制弹簧110的压缩量，从而改变弹性边界的刚度。

所述丝杠滑块机构2包括丝杠轴24和带有若干平行的滑轨26的底座27，底座27上固定有用于支撑丝杠轴24的轴承安装座29，丝杠轴24通过滚动轴承23设置于轴承安装座29上，丝杠轴24的一端连接固定端扇21，另一端通过紧定螺钉210连接转盘28，中段的丝杠部连接移动端扇25，移动端扇25底部有与所述滑轨26匹配的滑块结构。

所述固定端扇21和移动端扇25的内侧面上均设置有用于安装夹持支架11的安装槽，所述安装槽在每个端扇上有多条，在同一端扇上，各安装槽呈水平平行分布，或呈散射状的扇形分布，或呈水平平行与散射状扇形的交叉分布。

与现有技术相比，本发明可在弹性边界条件下测试直梁、曲梁、板、曲壳形状试验件相关机械振动特性。

附图说明

图1为可调节板壳结构弹性边界实验装置示意图。

图2为丝杠滑块机构示意图。

图3为夹爪示意图。

图4为平板装配示意图。

图5为直梁装配示意图。

图6为曲梁装配示意图。

图7为曲板装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明一种可调节板壳结构弹性边界实验装置，由夹爪1和丝杠滑块机构2组成。

参考图2，丝杠滑块机构2主要包括相对设置在底座27上的固定端扇21和移动端扇25，并利用丝杠24控制固定端扇21与移动端扇25之间的距离。其具体结构，在底座27上通过螺栓安装有四条平行的滑轨26，并通过螺栓一211固定有轴承安装座29，固定端扇21通过螺栓二22固定于底座27，丝杠轴24通过滚动轴承23支撑设置于轴承安装座29上，滚动轴承23用于减小摩擦力和转动润滑，具体可采用深沟球轴承。丝杠轴24的左端连接固定端扇21，右端通过紧定螺钉210连接转盘28，中段的丝杠部连接移动端扇25，移动端扇25底部有与滑轨26匹配的滑块结构。在调节固定端扇21和移动端扇25间距时，转盘28的转动带动丝杠轴24转动，进而推动移动端扇25沿滑轨26直线运动，从而控制固定端扇21与移动端扇25之间的距离。

固定端扇21和移动端扇25的内侧面上均设置有用于安装夹持支架11的安装槽，安装槽在每个端扇上有多条，在同一端扇上，各安装槽呈水平平行分布，或呈散射状的扇形分布，或呈水平平行与散射状扇形的交叉分布，以满足不同的实验需要。

夹爪1是核心装夹装置，主要负责夹持试验工件并为试验工件提供弹性约束。其数量应为偶数个，每对夹爪1对称安装在固定端扇21和移动端扇25上。

参考图3，夹爪1包括夹持支架11，夹持支架11为夹爪1主要构件，夹持支架11外侧通过螺母三12和螺栓三13安装在固定端扇21或移动端扇25上，内侧两端向内伸出水平杆，两水平杆之间通过螺母四111固连有弹簧立柱14，弹簧立柱14可采用长螺纹柱结构。夹持支架11内侧中部通过转动副连接下夹板18，弹簧立柱14贯穿下夹板18，弹簧立柱14上位于下夹板18两侧均设有弹簧110和弹簧压盖15，两侧的弹簧110的近端与下夹板18连接，远端与弹簧压盖15连接，弹簧压盖15压住弹簧立柱14的上下两根弹簧110，通过转动弹簧压盖15控制弹簧110的压缩量，从而改变弹性边界的刚度，对弹性边界的刚度进行调整。

上夹板17通过夹板螺栓16和螺母五19连接于下夹板18的内侧端部上方，上夹板17与下夹板18之间形成用于夹持试验件的空间，下夹板18可以调整角度并通过夹板螺栓16与上夹板17将试验件固定在上下夹板之间。

本发明通过自由选择夹爪1的安装数量并设置在固定端扇21和移动端扇25上，调节弹性边界的伸缩量来夹取不同待试验件，适合装夹树脂基复合材料直梁、曲梁、板、壳等不同试验件，也适用于装夹其它相似尺寸、形状的不同材料试验件。实验装置整体结构设计巧妙，加工不复杂，适用范围较为广泛。

本发明的实现过程如下：

安装夹爪：夹爪1布置与合适的位置，通过螺母三12和螺栓三13连接，将夹爪1侧面与固定端扇21和移动端扇25连接起来。

调节扇板间距：转动转盘28，改变固定端扇21与移动端扇25到预定的距离。

安装试验件：夹爪1的下夹板18调整角度并与上夹板17通过夹板螺栓16固定试验件。

调节弹性边界的刚度：转动弹簧压盖15，调整弹簧110压缩量，并由此改变弹性边界的刚度。

具体实验中，可根据试验件的需要，沿端扇上的安装槽改变夹爪1的布置方式以配合不同形状、不同类型的试验件，举例如下：

如图4所示，对于平板试验件，首先左右各安装多个夹爪1于固定端扇21和移动端扇25上，即端扇上左右各布置多个点支撑，之后转动转盘28使移动端扇25至预定的位置，最后将平板试验件装夹至夹爪1上，并通过转动弹簧压盖15改变弹性边界的刚度。

如图5所示，对于直梁试验件，首先在固定端扇21和移动端扇25上各安装1个夹爪1，然后通过转动转盘28调节固定端扇21和移动端扇25间的距离，最后通过夹爪1固定直梁试验件，并通过转动弹簧压盖15调整弹性约束即可实现弹性支承。

如图6所示，对于曲梁试验件，装配方式类似于直梁试验件，区别在于，在对试验件进行装夹时，应适当调整下夹板18的角度配合曲梁的弧度，由此实现对试验件的弹性支承。

如图7所示，对于曲板试验件，首先应根据曲板的弧度布置多个夹爪1于固定端扇21和移动端扇25，以此作为多个点支撑，其次转动转盘28使移动端扇25至预定的位置，之后将平板试验件装夹至夹爪1上，最后通过转动弹簧压盖15和调整下夹板18的角度改变弹性边界的刚度。