專利名稱：拉剪壓剪復合加載試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的拉剪壓剪復合加載試驗裝置屬于結(jié)構(gòu)實驗力學領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在航空、航天、航海工程結(jié)構(gòu)中，平板和加筋板為典型受力構(gòu)件，它們都處于單向拉伸、壓縮和剪切復合受力狀態(tài)，而這一類構(gòu)件在拉剪、壓剪復合受力下的穩(wěn)定性和強度是結(jié)構(gòu)力學中的重要研究課題。特別是在現(xiàn)代飛行器設(shè)計中，必須研究蒙皮等薄壁結(jié)構(gòu)在復雜載荷下的強度問題，迫切需要在實驗室中實現(xiàn)這種載荷狀態(tài)，來考核材料的強度，為下一步的理論建立做準備。
長期以來，對于這一類構(gòu)件實現(xiàn)拉剪、壓剪復合加載是十分困難的。目前可以采用多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)或多軸試驗機和輔助夾具來實現(xiàn)，但由于這些設(shè)備價格昂貴，加之實現(xiàn)過程中也有一定的難度，所以很少采用。
還有一種方法是通過由板件和筋條組成的盒段通過彎扭來實現(xiàn)板的拉剪和壓剪試驗，但是該方法適用于板的穩(wěn)定性試驗，在強度試驗中，試驗成本較高，且不能達到滿意的效果。
現(xiàn)行的一種壓剪復合加載裝置，只能實現(xiàn)壓縮和剪切的復合受力試驗，不能實現(xiàn)拉伸和剪切復合受力試驗，且試驗效果不佳，尤其對于小尺寸試件。也不適用于強度試驗。同時如壓剪比例變化，則要更換夾具，安裝技術(shù)要求高，使用不方便，制造成本也很高。
采用上述幾種方法在同一套試驗裝置上，同時實現(xiàn)不同比例的拉剪和壓剪試驗是十分困難的。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是，提供一種能在普通試驗機上的同一套試驗裝置上，實現(xiàn)拉剪、壓剪復合加載試驗，實現(xiàn)不同比例的拉剪、壓剪復合加載試驗；不同比例的拉剪、壓剪穩(wěn)定性和強度復合加載試驗及實現(xiàn)純剪的穩(wěn)定性和強度加載試驗。
實現(xiàn)上述目的的拉剪、壓剪復合加載試驗裝置，包括由四塊剪切與拉壓加載夾板，連接成一個矩形加載框，兩個相同的L形杠桿對稱的置于矩形加載框外側(cè)的對角線上，即兩個L形杠桿的縱向短桿末端分別通過鉸接連接片連于兩對邊的兩塊剪切與拉壓加載夾板的中點，兩個L形杠桿的橫向長桿的中點分別通過鉸接插耳連于另兩隊邊的另兩塊剪切與拉壓加載夾板的中點，在L形杠桿縱向短桿上，帶有拉剪加載孔，而在L形杠桿橫向長桿上帶有壓剪加載孔，鉸接連接片與剪切與拉壓加載夾板相連接之處有一個拉壓力加載孔，L形杠桿內(nèi)側(cè)與矩形加載框外側(cè)之間的加載框兩個外角的對角線上還各有一個對稱的剪力加載孔，矩形加載框另兩個外角的另一對角線上各有一個對稱的非加載孔。
本試驗裝置解決了結(jié)構(gòu)力學中拉剪，壓剪復合加載的技術(shù)難題，為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度研究提供了一種簡便易行的試驗方法。解決了在普通試驗機上，用一套試驗裝置，實現(xiàn)平板和加筋板不同比例的拉剪和壓剪復合加載試驗，也可實現(xiàn)純剪切試驗。且該試驗裝置結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，制造成本低，非常適合于復合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度的大批量試驗件的試驗。


圖1是拉剪壓剪復合加載試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2～圖4是拉剪壓剪復合加載試驗裝置的工作原理圖。
圖1中的標號名稱1-L形杠桿，2，3，4與2’，3’，4’-拉剪加載孔，5-鉸接連接片，6-剪切與拉壓加載夾板，7，10，11與7’，10’，11’-壓剪加載孔，8-試驗件，9-剪切與拉壓加載夾板，12-剪力加載孔，13-拉壓加載孔，14-非加載孔，15-鉸接插耳。
圖2～圖4中的符號名稱Pτ為剪力，PLY為矩形一對邊拉力，PJ為矩形的一對角拉力，P為軸向合力。
具體實施方式
由圖可知，本拉剪壓剪復加載試驗裝置，由四塊剪切與拉壓加載夾板6和9連接成一個矩形加載框，兩個L形杠桿1對稱地放置在矩形加載框外側(cè)的一對角線上，即L形杠桿1的縱向短桿末端分別通過鉸接連接片5連于兩對邊的兩塊剪切與拉壓加載夾板6的中點處，L形杠桿1的橫向長桿的中點分別通過鉸接插耳15連于另兩對邊的另兩塊剪切與拉壓加載夾板9的中點。當單一軸向拉力加在這一對鉸接插耳15上時，試驗裝置在載荷作用下，能夠自動對中心。兩個L形杠桿縱向短桿上分別帶有拉剪加載孔2，3，4與2’，3’，4’，三個拉剪加載孔2，3，4(2’，3’，4’)的拉剪比分別為1∶1，1∶2，2∶1，兩個L形杠桿橫向長桿上分別帶有壓剪加載孔7，10，11與7’，10’，11’，三個壓剪加載孔7，10，11(7’，10’，11’)的壓剪比為1∶1，1∶2，2∶1。鉸接連接片5與剪切拉壓加載夾板6相連之處有一個壓力加載孔13，L形杠桿1內(nèi)側(cè)與矩形加載框外側(cè)之間的矩形加載框兩對角的一對對角線上，還有一個對稱的剪力加載孔12，矩形加載框另兩個外角的另一對角線上個有一個對稱的非加載孔14。此加載孔14不安裝任何連接件，以保證試驗件在拉壓力的作用下能自由變形。在四塊剪切與拉壓加載夾板6與9的內(nèi)側(cè)面上加裝有滾齒，以此來增大試驗件與剪切與拉壓加載夾板之間的摩擦力，保證剪力的傳遞。
本實用新型的基本原理是利用杠桿原理，將試驗機施加的單一軸向拉力通過L形杠桿分解成垂直于板邊的拉力或壓力，和與板一對角線同軸的拉力，此拉力通過加載框的載荷分配實現(xiàn)對板剪力的施加，這樣就實現(xiàn)了拉剪或壓剪復合載荷的協(xié)調(diào)同步加載，通過杠桿原理的應用，改變L形杠桿上加載孔的位置，即可改變拉剪或壓剪載荷的比例，根據(jù)圖2，圖3及圖4詳細敘述本加載試驗裝置的工作原理1.將試驗件8的四邊與加載框內(nèi)側(cè)四邊的剪切與拉壓加載夾板相連，當L形杠桿上的加載孔受到一軸向載荷時，通過L形杠桿將載荷分解成垂直于板邊的拉力或壓力和對板剪力，則使矩形板ABCD受到復合載荷(PLY+PJ)。
設(shè)試驗機的軸向合力為P，矩形板ABCD的一對邊拉力為PLY，矩形板ABCD的一對角拉力為PJ，則PJ與P的夾角α有(見圖4)cosα=P2+PJ2+PLY22PPJ]]>
PJ=2PLY]]>P=PLY2+PJ2-2PLYPJcosβ]]>(β＝135°)由此求出夾角α，即可得到L形杠桿上加載孔得坐標點。
2.由L形杠桿分配的分力PLY、PJ施加在四對剪切與拉壓加載夾板上，由四對剪切與拉壓加載夾板連接組成的加載框?qū)崿F(xiàn)對矩形板ABCD同步協(xié)調(diào)施加拉剪、壓剪復合載荷。
Pτ=PJ2]]>如要改變拉剪、壓剪載荷的比例，則通過計算求得夾角α，得到L形杠桿上加載孔得坐標點，確定L形杠桿上加載孔得位置即可。
3.如要改變拉剪、壓剪載荷的比例，則通過計算求得夾角α，得到L形杠桿上加載孔得坐標點，確定L形杠桿上加載孔得位置即可。
4.試驗機加載單一軸向拉力，拉力通過L形杠桿將此拉力分配成拉力PLY、PJ，PLY通過兩對鉸接連接片5和剪切與拉壓加載夾板6施加一拉力或壓力，而PJ通過四對剪切與拉壓加載夾板6轉(zhuǎn)換成剪力Pτ，實現(xiàn)對試驗件的拉剪、壓剪復合加載。在試驗機拉力的作用下，其夾具的加載中心自動對中。
該試驗裝置解決了結(jié)構(gòu)力學中拉剪、壓剪復合加載的技術(shù)難題，為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度研究提供了一種簡便易行的試驗方法。
解決了在普通試驗機上，用一套試驗裝置，實現(xiàn)平板和加筋板不同比例的拉剪和壓剪復合加載試驗，也可以實現(xiàn)純剪切試驗，且試驗裝置原理清晰，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，制造成本低，可重復使用，非常適合于新型復合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度的大批量試驗件的試驗，具有很高的工程應用價值。
權(quán)利要求1.一種拉剪壓剪復合加載試驗裝置，其特征在于，由四塊剪切與拉壓加載夾板(6)和(9)連接成一個矩形加載框，兩個L形杠桿(1)對稱地置于矩形加載框外側(cè)地一對角線上，即L形杠桿(1)的縱向短桿末端分別通過鉸接連接片(5)連于兩對邊的兩塊剪切與拉壓加載夾板(6)的中點處，L形杠桿(1)的橫向長桿的中點分別通過鉸接插耳(15)連于另一兩對邊的另兩塊剪切與拉壓加載夾板(9)的中點，兩個L形杠桿(1)縱向短桿上分別帶有拉剪加載孔，兩個L形杠桿(1)橫向長桿上分別帶有壓剪加載孔，鉸接連接片(5)與剪切拉壓加載夾板(6)相連之處還有一個拉壓加載孔(13)，L形杠桿內(nèi)側(cè)與矩形加載框外側(cè)之間的矩形加載框兩個外角的對角線上各有一個剪力加載孔(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉剪壓剪復合加載試驗裝置，其特征在于，在四塊剪切與拉壓加載夾板的內(nèi)側(cè)面上分別裝有滾齒。
專利摘要一種拉剪壓剪復合加載試驗裝置，結(jié)構(gòu)力學試驗裝置，包括由四塊剪切與拉壓加載夾板(6)和(9)連接一個矩形加載框，兩個L形杠桿(1)對稱地分別通過鉸接連接(5)，安裝在矩形加載框外側(cè)的一對角線上，在L形杠桿上分別拉剪加載孔(2，3，4與2’，3’，4’)和壓剪加載孔(7，10，11與7’，10’，11’)。該試驗裝置能在普通試驗機上的同一套試驗裝置上，實現(xiàn)拉剪壓剪復合加載試驗，不同比例的拉剪壓剪復合加載試驗；不同比例的拉剪壓剪穩(wěn)定性和強度復合試驗及純剪的穩(wěn)定性和強度加載試驗。該試驗裝置結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，制造成本低，非常適合復合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度的大批量試驗件的試驗。
文檔編號G01N3/40GK2779380SQ20052007057
公開日2006年5月10日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者汪勇, 湯劍飛, 黃晶, 林智育 申請人:南京航空航天大學