專利名稱：一種主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有主動跟動加載功能的結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)。 背景技術(shù)：
大型結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)是一種用于測試結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的大型儀器，它的研制 和發(fā)展，對國家現(xiàn)代化建設(shè)過程中必須建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施比如超高建筑、地 鐵、機(jī)場、樓堂館所、大跨度橋梁、大型客機(jī)、航天飛機(jī)、巨型船舶、海洋 平臺、原子能電站等的設(shè)計檢驗、優(yōu)化、驗證具有里程碑式的意義。
在國民經(jīng)濟(jì)粗放型發(fā)展時期，上述各類結(jié)構(gòu)的設(shè)計以類比法為主，無論 是設(shè)計的精準(zhǔn)還是合理性都不是考慮的重點。這樣的設(shè)計方法在主要是用常 規(guī)材料和常規(guī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，經(jīng)驗類比法盡管會有較大的設(shè)計誤差，但因為 有前人的經(jīng)驗和比較發(fā)達(dá)的計算機(jī)模擬計算技術(shù)，最終的結(jié)果還是可以接受 的。
進(jìn)入二十一世紀(jì)，國家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，各種新結(jié)構(gòu)、新材料層 出不窮，產(chǎn)品和工程大型化、整體化和復(fù)雜化的發(fā)展方向以及資源短缺引發(fā) 的各類矛盾，類比設(shè)計遇到了越來越大的挑戰(zhàn)，新結(jié)構(gòu)和新材料的應(yīng)用導(dǎo)致 沒有類似的可以借鑒的成功經(jīng)驗，超大規(guī)模的工程設(shè)計的風(fēng)險性和節(jié)約資源 減少成本的總體要求也對大型工程在設(shè)計階段的試驗驗證變得更為重要和必 不可少。而在設(shè)計和使用過程中必須考慮的結(jié)構(gòu)在復(fù)雜外界條件下(負(fù)荷、 振動、高低溫、腐蝕、風(fēng)化)的變形和斷裂強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)以及各種結(jié)構(gòu)整 體工作性能、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性性能等問題的研究需要也日益突出。
由于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)試樣或小尺寸模型推定很難獲得整體結(jié)構(gòu)性能的完整可靠 的數(shù)據(jù)，為了滿足客觀存在的上述要求，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗必須完成由過去的單 個構(gòu)件試驗向整體結(jié)構(gòu)試驗和足尺寸試驗的轉(zhuǎn)化。而對于復(fù)合材料組成的結(jié) 構(gòu)，甚至用計算機(jī)進(jìn)行多參數(shù)分析也很難推定，為確保安全必須進(jìn)行接近實
際結(jié)構(gòu)或全尺寸試驗。同時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、 自動控制技術(shù)和液壓伺服技術(shù)的飛速發(fā)展為結(jié)構(gòu)試驗和監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供 了堅實的基礎(chǔ)，為各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計、試驗和監(jiān)測提供了有力的保障，促 進(jìn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展。因此，世界上各國都在致力于大型結(jié)構(gòu)試驗儀器
的開發(fā)研究。
現(xiàn)有大型結(jié)構(gòu)實驗系統(tǒng)通常包括承載框架、水平加載作動器、垂向加載
作動器，水平加載作動器和垂向加載作動器分別安裝在加載te架上并作用于 試樣。試驗過程中，如果被測試樣受到水平加載作動器施加的水平試驗力， 將會產(chǎn)生水平方向的變形，不能保證水平試驗力在試驗過程中始終保持水平
狀態(tài)；同樣，如果被測試樣受到垂向加載作動器施加的垂向試驗力，將會產(chǎn) 生垂向的變形，不能保證垂向試驗力在試驗過程中始終保持在垂直狀態(tài)，這 樣在結(jié)構(gòu)實驗時將會產(chǎn)生較大誤差。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有主動.跟動加載功能，
可使被測試樣不受水平和垂向變形影響的結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)。
所述主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，包括承載框架、水平加載作動器、垂 向加載作動器，水平加載作動器和垂向加載作動器分別安裝在加載框架上并 作用于試樣，所述試樣分別連接垂向微動探測裝置和水平微動探測裝置，垂 向微動探測裝置設(shè)有垂向微動位移傳感器，水平微動探測裝置設(shè)有水平微動 位移傳感器；所述水平加載作動器側(cè)方設(shè)有作用于水平加載作動器并使其垂 向位移的垂向伺服跟動作動器，垂向伺服跟動作動器設(shè)有垂向跟動位移傳感 器；所述垂向加載作動器側(cè)方設(shè)有作用于垂向加載作動器并使其水平位移的 水平伺服跟動作動器，水平伺服跟動作動器設(shè)有水平跟動位移傳感器；所述 垂向微動探測裝置、垂向伺服跟動作動器、水平微動探測裝置、水平伺服跟 動作動器分別連接計算機(jī)控制系統(tǒng)。
進(jìn)一步，所述的水平微動探測裝置位于垂向加載作動器與試樣的作用端，
水平微動探測裝置通過垂向球鉸與試樣連接；所述的垂向微動探測裝置位于 水平加載作動器與試樣的作用端，垂向微動探測裝置通過水平球鉸與試樣連接。
進(jìn)一步，所述垂向伺服跟動作動器設(shè)有垂向跟動位移傳感器，所述水平 伺服跟動作動器設(shè)有水平跟動位移傳感器。垂向跟動位移傳感器的作用是保 證垂向跟動控制始終處于閉環(huán)控制狀態(tài)，防止水平加載作動器的被動移動。 水平跟動位移傳感器的作用是保證水平跟動控制始終處于閉環(huán)控制狀態(tài)，防 止垂向加載作動器的被動移動。
進(jìn)一步，所述垂向加載作動器與承載框架的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌， 承載框架與水平直線導(dǎo)軌固定連接，垂向加載作動器與水平直線導(dǎo)軌滑動連 接；所述水平加載作動器與承載框架的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌，承載框架 與垂向直線導(dǎo)軌固定連接，水平加載作動器與垂向直線導(dǎo)軌滑動連接。
上述水平直線導(dǎo)軌的作用是保證在受到最高達(dá)10000kN的垂向試驗力時， 垂向加載作動器與承載框架之間的摩擦力很小，水平伺服跟動作動器依然可 以自如地跟動而不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。
上述垂向直線導(dǎo)軌的作用是保證在受到最高達(dá)3000kN的垂向試驗力時， 水平加載作動器與承載框架之間的摩擦力很小，垂向伺服跟^作動器依然可 以自如地跟動而不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。
本實用新型可以保證垂向加載作動器施加在被測試樣上的垂向試驗力在 試驗過程中始終保持在垂直狀態(tài)，從而不受水平加載作動器施加在試樣上的 水平試驗力導(dǎo)致的被測試樣水平變形的影響；以及保證水平加載作動器施加 在被測試樣上的水平試驗力在試驗過程中始終保持水平狀態(tài)，從而不受垂向 加載作動器施如在試樣上的垂向試驗力導(dǎo)致的被測試樣垂向突形的影響。

圖1為實施例所述主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
'下面通過實施例對本實用新型作優(yōu)選地具體的說明，但本實用新型的保
護(hù)范圍并不限于此。
參照圖l，一種主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，包括承載框架1、水平加載
作動器2、垂向加載作動器3，水平加載作動器2和垂向加載作動器3分別安 裝在加載框架1上并作用于試樣4，所述試樣4分別連接垂向微動探測裝置5 和水平微動探測裝置6，垂向微動探測裝置5設(shè)有垂向微動位移傳感器7，水 平微動探測裝置6設(shè)有水平微動位移傳感器8;所述水平加載作動器2側(cè)方設(shè) 有作用于水平加載作動器2并使其垂向位移的垂向伺服跟動作動器9,所述垂 向加載作動器3側(cè)方設(shè)有作用于垂向加載作動器3并使其水平位移的水平伺 服跟動作動器.ll;所述垂向微動探測裝置5、垂向伺服跟動作動器9、水平微 動探測裝置6、水平伺服跟動作動器11分別連接計算機(jī)控制系統(tǒng)13。 所述的水平微動探測裝置6位于垂向加載作動器3與試樣4的作用端，水平 微動探測裝置6通過垂向球鉸14與試樣4連接；所述的垂向微動探測裝置5 位于水平加載作動器2與試樣4的作用端，垂向微動探測裝置5通過水平球 鉸15與試樣4連接。
所述的垂向伺服跟動作動器9設(shè)有垂向跟動位移傳感器10，所述的水平伺服 跟動作動器11設(shè)有水平跟動位移傳感器12。
所述垂向加載作動器3與承載框架1的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌16，承載框 架1與水平直線導(dǎo)軌16固定連接，垂向加載作動器3與水平直線導(dǎo)軌16滑 動連接；所述水平加載作動器2與承載框架1的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌17， 承載框架1與垂向直線導(dǎo)軌17固定連接，水平加載作動器2與垂向直線導(dǎo)軌
17滑動連接。
試驗過程中，如果被測試樣受到水平加載作動器2施加的水平試驗力FH， 產(chǎn)生水平方向的變形S2，水平微動探測裝置6上的水平微動位移傳感器8檢 測到試樣產(chǎn)生了水平位移S3(因為水平加載作動器與試樣之間存在連接間隙，
所以，S2>S3)并傳輸至計算機(jī)控制系統(tǒng)13，計算機(jī)控制系統(tǒng)13發(fā)出指令給 水平伺服跟動作動器ll，推動垂向加載作動器3沿水平方向跟動，當(dāng)水平微 動位移傳感器8檢測到的水平位移S3減小到設(shè)定的目標(biāo)值時，計算機(jī)控制系 統(tǒng)發(fā)出指令給水平伺服跟動作動器11停止作用。
如果被測試樣受到垂向加載作動器3施加的垂向試驗力Fv而產(chǎn)生垂直方 向的變形Sl，垂向微動探測裝置5上的垂向微動位移傳感器7檢測到試樣產(chǎn) 生了垂向位移S4 (因為水平加載作動器2與試樣4之間存在連接間隙，所以， S1〉S4)并傳輸至計算機(jī)控制系統(tǒng)13，計算機(jī)控制系統(tǒng)13發(fā)出指令給垂向伺 服跟動作動器9，推動水平加載作動器2沿垂直方向跟動，當(dāng)垂向微動位移傳 感器'7檢測到的水平位移S4減小到設(shè)定的目標(biāo)值時，計算機(jī)控制系統(tǒng)11發(fā) 出指令給垂向伺服跟動作動器9停止作用。
權(quán)利要求1、一種主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，包括承載框架、水平加載作動器、垂向加載作動器，水平加載作動器和垂向加載作動器分別安裝在加載框架上并作用于試樣，其特征在于所述試樣分別連接垂向微動探測裝置和水平微動探測裝置，垂向微動探測裝置設(shè)有垂向微動位移傳感器，水平微動探測裝置設(shè)有水平微動位移傳感器；所述水平加載作動器側(cè)方設(shè)有作用于水平加載作動器并使其垂向位移的垂向伺服跟動作動器，所述垂向加載作動器側(cè)方設(shè)有作用于垂向加載作動器并使其水平位移的水平伺服跟動作動器；所述垂向微動探測裝置、垂向伺服跟動作動器、水平微動探測裝置、水平伺服跟動作動器分別連接計算機(jī)控制系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，其特征在于所述的 .水平微動探測裝置位于垂向加載作動器與試樣的作用端，水平微動探測裝置通過垂向球鉸與試樣連接；所述的垂向微動探測裝置位于水平加載作動 器與試樣的作用端，垂向微動探測裝置通過水平球鉸與試樣連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，其特征在于所 述垂向伺服跟動作動器設(shè)有垂向跟動位移傳感器，所述水平伺服跟動作動 器設(shè)有水平跟動位移傳感器。
4、 '根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，其特征在于所 .述垂向加載作動器與承載框架的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌，承載框架與水平直線導(dǎo)軌固定連接，垂向加載作動器與水平直線導(dǎo)軌滑動連接；所述水 平加載作動^與承載框架的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌，承fe框架與垂向直 線導(dǎo)軌固定連接，水平加載作動器與垂向直線導(dǎo)軌滑動連接。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，其特征在于所述垂向加載作動器與承載框架的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌，承載框架與水平直 線導(dǎo)軌固定連接，垂向加載作動器與水平直線導(dǎo)軌滑動連接；所述水平加載作動器與承載框架的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌，承載框架與垂向直線導(dǎo)軌固定連接，水平加載作動器與垂向直線導(dǎo)軌滑動連接。
專利摘要本實用新型涉及一種主動跟動加載結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，包括承載框架、水平加載作動器、垂向加載作動器，所述試樣分別連接垂向微動探測裝置和水平微動探測裝置；所述水平加載作動器側(cè)方設(shè)有垂向伺服跟動作動器，所述垂向加載作動器側(cè)方設(shè)有水平伺服跟動作動器，所述垂向微動探測裝置、垂向伺服跟動作動器、水平微動探測裝置、水平伺服跟動作動器分別連接計算機(jī)控制系統(tǒng)。本實用新型可以保證垂向試驗力在試驗過程中始終保持在垂直狀態(tài)，從而不受被測試樣水平變形的影響；以及保證水平試驗力在試驗過程中始終保持水平狀態(tài)，從而不受被測試樣垂向變形的影響。
文檔編號G01M99/00GK201210116SQ20082008807
公開日2009年3月18日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者李建華, 王長陶, 鐘綿新 申請人:杭州邦威機(jī)電控制工程有限公司