專利名稱：六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，屬于材料或結(jié)構(gòu)實驗設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的機械裝備、航空航天、土木建筑、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、管道與壓力容器等工程裝備與工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的大部分失效是材料或結(jié)構(gòu)的失效，所以材料與結(jié)構(gòu)強度實驗是一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。此外，在現(xiàn)代設(shè)計工作中采用了大量的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝。為了驗證其能否滿足安全可靠和壽命的要求，需要進行材料或結(jié)構(gòu)的強度、疲勞和可靠性等力學(xué)性能實驗，尤其在航空航天和重大工程裝備中，這些實驗就顯得更加重要，所需的實驗技術(shù)要求也愈來愈高。零部件所承受的載荷為拉、壓、彎、扭、剪或其組合，但由于受實驗條件和技術(shù)的限制，在力學(xué)性能測試實驗過程中往往只能考慮其中的一個或少數(shù)幾個自由度的邊界載荷。為了獲得更加準(zhǔn)確的材料或結(jié)構(gòu)的實驗數(shù)據(jù)，需要考慮更多甚至全部的邊界載荷。比如，上升過程中的火箭或飛行中的導(dǎo)彈會受到多個自由度的載荷。再如，日常生活中，有些橋墩設(shè)計時往往滿足了使用條件，但還是損壞斷裂了，而且破壞產(chǎn)生的裂紋形狀與普通裂紋不同，這就是在設(shè)計時只考慮了少數(shù)幾個主要自由度的載荷，沒有考慮到其它相對次要自由度的載荷對橋墩的影響。因此就需要一種能滿足上述要求的實驗系統(tǒng)，以便更為真實地模擬材料與結(jié)構(gòu)的受力情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、液壓動力源和六自由度邊界模擬器；所述六自由度邊界模擬器包括6個作動器和末端運動平臺，包括兩個右側(cè)作動器，三個豎直作動器，一個后側(cè)作動器，6個作動器協(xié)調(diào)運動加載，支撐末端運動平臺。所述的六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，所述作動器包括球鉸支撐(11)、球鉸支撐(13)和伺服液壓缸(12)；所述球鉸支撐(11)和球鉸支撐(13)之間為伺服液壓缸(12)， 球鉸支撐在任何方向都可以旋轉(zhuǎn)。六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)是一種新型的六自由度加載實驗裝置，能更好、 更準(zhǔn)確地模擬出材料與結(jié)構(gòu)在真正的工作環(huán)境中所承受的載荷，針對材料或結(jié)構(gòu)的強度、 疲勞和可靠性等力學(xué)性能方面的研究，能夠模擬真實的載荷環(huán)境，實現(xiàn)材料或結(jié)構(gòu)在空間六自由度方向的載荷加載，可以進行載荷的實時加載實驗、擬動力實驗，從而提供了更為真實的實驗數(shù)據(jù)，對研究重大工程材料結(jié)構(gòu)的安全問題提供科學(xué)手段，具有重要的科學(xué)價值和廣泛的工程應(yīng)用背景。


圖1為本發(fā)明六自由度邊界模擬器主視圖；30右側(cè)作動器 10機架 50筋板 20豎直作動器40后側(cè)作動器60末端運動平臺；圖2為本發(fā)明六自由度邊界模擬器左側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明六自由度邊界模擬器俯視圖；圖4為本發(fā)明六自由度邊界模擬器立體圖；圖5為作動器結(jié)構(gòu)示意圖；11球鉸支撐12伺服液壓缸13球鉸支撐；圖6為本發(fā)明六自由度邊界模擬器實驗示意圖；70剪力墻 2檢測件3強力地板。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。六自由度邊界模擬器作為六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)的核心組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理成為本實驗系統(tǒng)能否成功的重要因素。本發(fā)明提供一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)。包括控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述)、液壓動力源(為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述)和六自由度邊界模擬器，六自由度邊界模擬器為此系統(tǒng)的核心部分。所述六自由度即分別沿χ、y、ζ三個軸移動和分別繞χ、y、ζ三個軸轉(zhuǎn)動的六個自由度。參考圖1至圖4，六自由度邊界模擬器包括6個作動器，其中兩個右側(cè)作動器30，三個豎直作動器20，一個后側(cè)作動器40，6個作動器協(xié)調(diào)運動加載，支撐末端運動平臺60，末端運動平臺60可實現(xiàn)拉、壓、彎、扭、剪或其組合等不同形式的載荷加載，在六個自由度方向上都可以實現(xiàn)位移和力的控制，也可添加其它作動器直接作用到試件上以實現(xiàn)更為復(fù)雜的加載。參考圖5，所述作動器包括球鉸支撐11、球鉸支撐13和伺服液壓缸12 ；所述球鉸支撐11和球鉸支撐13之間為伺服液壓缸12，球鉸支撐在任何方向都可以旋轉(zhuǎn)。6個作動器通過球鉸支撐11和球鉸支撐13分別在不同方向上與機架10固定在一起，另一端固定在末端運動平臺60上。液壓動力源在控制系統(tǒng)控制下為伺服液壓缸12提供液壓動力。機架10上設(shè)置筋板50，筋板50起加強機架承載能力的作用，提高邊界模擬器的整體強度。末端運動平60 當(dāng)各個作動器協(xié)調(diào)運動加載時，在末端運動平臺60上就會產(chǎn)生大小、方向變化的載荷。由于被檢測件的一端與末端運動平臺60連接在一起，邊界模擬器產(chǎn)生的載荷通過運動平臺即可施加到被檢測件的邊界上。六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)的實驗使用方法參考圖6，六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)對被檢測件進行實驗時，把六自由度邊界模擬器機10的一面與剪力墻70固定在一起，以確保在實驗過程中邊界模擬器的穩(wěn)定性。 檢測件2的一端與末端運動平臺60連接，另一端與強力地板3固定在一起。當(dāng)6個作動器運動加載時，產(chǎn)生的載荷通過末端運動平臺60施加到被檢測件2上，在被檢測件2的邊界處同時產(chǎn)生沿三個軸的移動和繞三個軸的轉(zhuǎn)動，被檢測件2邊界受到的載荷將會隨著作動器載荷的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，實現(xiàn)了六自由度的協(xié)調(diào)加載，真實模擬了材料或結(jié)構(gòu)在邊界處的載荷。從而獲得更真實、準(zhǔn)確的力學(xué)性能實驗數(shù)據(jù)，為研究人員提供有利的實驗數(shù)據(jù)。 應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1 一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、液壓動力源和六自由度邊界模擬器；所述六自由度邊界模擬器包括6個作動器和末端運動平臺，包括兩個右側(cè)作動器，三個豎直作動器，一個后側(cè)作動器，6個作動器協(xié)調(diào)運動加載，支撐末端運動平臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述作動器包括球鉸支撐(11)、球鉸支撐(1 和伺服液壓缸(1 ；所述球鉸支撐(11)和球鉸支撐 (13)之間為伺服液壓缸(12)，球鉸支撐在任何方向都可以旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種六自由度邊界載荷模擬實驗系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、液壓動力源和六自由度邊界模擬器；所述六自由度邊界模擬器包括6個作動器和末端運動平臺，包括兩個右側(cè)作動器，三個豎直作動器，一個后側(cè)作動器，6個作動器協(xié)調(diào)運動加載，支撐末端運動平臺。能夠模擬真實的載荷環(huán)境，實現(xiàn)材料或結(jié)構(gòu)在空間六自由度方向的載荷加載，可以進行載荷的實時加載實驗、擬動力實驗，從而提供了更為真實的實驗數(shù)據(jù)，對研究重大工程材料結(jié)構(gòu)的安全問題提供科學(xué)手段，具有重要的科學(xué)價值和廣泛的工程應(yīng)用背景。
文檔編號G01N3/00GK102279124SQ20111013289
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者方明輝, 李兵, 程廣振, 趙健鑫, 鄭楠, 魏玉蘭 申請人:湖州師范學(xué)院