本實(shí)用新型屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，特別涉及一種栓接結(jié)合部能量耗散特性測試裝置。

背景技術(shù)：

機(jī)械結(jié)構(gòu)是由許多零部件按一定功能要求結(jié)合起來的整體，螺栓連接是其中主要形式之一。通過螺栓連接的結(jié)構(gòu)主要由結(jié)合面和螺栓連接兩部分組成。由于結(jié)合面的非線性特性和螺栓連接因間隙、干摩擦、預(yù)應(yīng)力和初始變形等因素產(chǎn)生的非線性，使得栓接結(jié)合部對整體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能影響很大，作用機(jī)理極其復(fù)雜。影響結(jié)合面動(dòng)態(tài)特性的因素很多，而且十分復(fù)雜，這些因素主要有：結(jié)合面材質(zhì)、結(jié)合面的加工方法、結(jié)合面的加工質(zhì)量、結(jié)合面的介質(zhì)狀況、結(jié)合面預(yù)緊力的大小、結(jié)合面的動(dòng)載荷性質(zhì)和大小、結(jié)合面間的相對位移性質(zhì)、振動(dòng)頻率、螺栓連接等因素。

這么多的影響因素，再加之它們的影響規(guī)律又多為非線性，而且因素間又相互影響，從而無法以理論解析的方法直接確定它們的影響規(guī)律和影響程度的大小，必須通過實(shí)驗(yàn)研究的方法來予以解決。另外，由于螺栓的預(yù)緊可能是各種不同的力值。

為了測試栓接結(jié)合部能量耗散特性，系統(tǒng)地研究和探明栓接結(jié)合部能量耗散特性與其基本影響因素之間的關(guān)系，需要一套完整的測試裝置，而目前還沒有相關(guān)測試栓接結(jié)合部能量耗散特性的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種栓接結(jié)合部能量耗散特性測試裝置，以解決上述技術(shù)問題。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)螺栓連接試件，通過力拉伸試驗(yàn)機(jī)獲得不同預(yù)緊力下栓接結(jié)合部能量耗散特性；利用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型，測試栓接結(jié)合部能量耗散特性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案：

栓接結(jié)合部能量耗散特性測試裝置，包括力拉伸試驗(yàn)機(jī)、上試件、下試件、螺栓、應(yīng)變片、電橋、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、信號(hào)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)；上試件與力拉伸試驗(yàn)機(jī)的上夾具固定，下試件與力拉伸試驗(yàn)機(jī)的下夾具固定；上試件和下試件通過螺栓固定；沿螺栓的螺桿軸線中心處植有應(yīng)變片，該應(yīng)變片連接電橋，電橋通過動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接信號(hào)采集系統(tǒng)；力拉伸試驗(yàn)機(jī)上設(shè)有用于測量力拉伸試驗(yàn)機(jī)的力和位移的力傳感器和位移傳感器，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、力傳感器和位移傳感器均連接信號(hào)采集系統(tǒng)；信號(hào)采集系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)，用于將采集的螺栓預(yù)緊力、力拉伸試驗(yàn)機(jī)的力和位移數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步的，上試件與下試件結(jié)構(gòu)尺寸相同，頂部設(shè)置多處凸起，將結(jié)合面分為互不相連的多個(gè)區(qū)域，上下試件頂部凸起相互嚙合，使試件與力拉伸試驗(yàn)機(jī)在同一軸線上。

進(jìn)一步的，螺栓為M16的10.9S級高強(qiáng)度螺栓。

進(jìn)一步的，上試件和下試件為同種材料或異種材料。

進(jìn)一步的，上試件和下試件間不加任何潤滑介質(zhì)。

進(jìn)一步的，上試件與下試件頂部凸起的個(gè)數(shù)均為4個(gè)，凸體的主視圖為等腰梯形或等腰三角形，以便于上、下試件間切向位移的產(chǎn)生。

栓接結(jié)合部能量耗散特性測試裝置的測試方法，包括以下步驟：

首先將上試件與下試件通過螺栓相連；然后通過力拉伸試驗(yàn)機(jī)的下夾具將下試件夾緊，并確保在同一同軸度上，然后將上試件與力拉伸試驗(yàn)機(jī)的上夾具相連；調(diào)節(jié)螺栓，使預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)定值，設(shè)置不同激振頻率、相位和相位增角參數(shù)，進(jìn)行力拉伸與壓縮試驗(yàn)；分別提取力和位移試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲取能量耗散特性曲線。

進(jìn)一步的，多次試驗(yàn)，獲取不同預(yù)緊力下栓接結(jié)合部的能量特性曲線。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)從實(shí)驗(yàn)裝置可看出，測試出來的特性參數(shù)僅僅是上下試件之間栓接結(jié)合部的能量耗散特性，減少了測量的物理量的個(gè)數(shù)，所以能夠保證栓接結(jié)合部能量耗散特性從實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)的動(dòng)特性中較容分離出來。而且采用的是直接測量法。

(2)為了便于對影響螺栓連接能量耗散特性的各基本影響因素進(jìn)行研究，本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于更換、易于定位，能夠進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。

(3)本實(shí)驗(yàn)裝置所設(shè)計(jì)上下試件相互接觸為三對結(jié)合面，減小了單一結(jié)合面大加工誤差致使整個(gè)結(jié)合面數(shù)據(jù)不可靠的風(fēng)險(xiǎn)，使試驗(yàn)測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

(4)由于上下試件凸起相互嚙合，所以很大程度上削減了由于機(jī)械振動(dòng)帶來的結(jié)合面偏差，從而使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

(5)本試驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)上下試件時(shí)，結(jié)合面處僅僅受到切向力的作用，而沒有受到法向力。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型測試栓接結(jié)合部能量耗散特性的裝置原理圖。

圖2是本試驗(yàn)裝置螺栓連接上試件圖；其中圖2(a)為螺栓連接上試件的正視圖，圖3(b)為俯視圖。

圖3是本試驗(yàn)裝置螺栓連接下試件圖；其中圖3(a)為螺栓連接下試件的全剖視圖，圖2(b)為俯視圖。

圖4是本試驗(yàn)裝置單螺栓連接裝配圖；其中圖4(a)為正視圖，圖4(b)為俯視圖。

圖5為高斯分布函數(shù)與三角形分布函數(shù)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合工作原理和結(jié)構(gòu)附圖對本實(shí)用新型的測試螺栓能量耗散特性裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1至圖4(b)所示，本實(shí)用新型一種栓接結(jié)合部能量耗散特性的測試裝置，包括力拉伸試驗(yàn)機(jī)4、上試件2、下試件5、高強(qiáng)度螺栓3、應(yīng)變片、電橋、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、信號(hào)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)。利用力矩扳手將上試件2與力拉伸試驗(yàn)機(jī)4的上夾具1固定，下試件5與力拉伸試驗(yàn)機(jī)4的下夾具6固定；利用力拉伸試驗(yàn)機(jī)4上下夾具裝置將試件夾緊，為保證同軸度，先將下試件5夾緊，調(diào)節(jié)力拉伸試驗(yàn)機(jī)4的上夾具1后，將上試件2夾緊；延高強(qiáng)度螺栓3的螺桿軸線中心處植有應(yīng)變片，該應(yīng)變片固定在螺栓3內(nèi)部并引線連接外部的電橋，電橋連接動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，利用電橋和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀獲得螺栓預(yù)緊力的大小，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀通過信號(hào)采集系統(tǒng)將采集的預(yù)緊力信息送至計(jì)算機(jī)中；力拉伸試驗(yàn)機(jī)4的力和位移分別通過力傳感器和位移傳感器送至計(jì)算機(jī)中，從而獲取不同預(yù)緊力下栓接結(jié)合部能量耗散特性曲線；從而根據(jù)能量耗散曲線研究栓接結(jié)合部的非線性特性。本實(shí)用新型中螺栓3選用M16的10.9S級高強(qiáng)度扭剪型螺栓。

上試件與下試件結(jié)構(gòu)尺寸相同，頂部設(shè)置多處凸起，將結(jié)合面分為互不相連的多個(gè)區(qū)域，上下試件頂部凸起相互嚙合，使試件與力拉伸試驗(yàn)機(jī)在同一軸線上。上試件與下試件頂部凸起的個(gè)數(shù)均為4個(gè)，凸體的主視圖為等腰梯形或等腰三角形，以便于上、下試件間切向位移的產(chǎn)生。

本實(shí)用新型中上試件2和下試件5上對應(yīng)設(shè)置一個(gè)連接孔；該連接孔設(shè)置于中線上。

采用本實(shí)用新型裝置測試時(shí)，首先將上試件2與下試件5通過高強(qiáng)度螺栓3相連，設(shè)定預(yù)緊力。力拉伸試驗(yàn)機(jī)4(MTS)的下夾具將下試件5夾緊，并確保在同一同軸度上，然后將上試件2與力拉伸試驗(yàn)機(jī)4的上夾具相連。將高強(qiáng)度螺栓3中的應(yīng)變片與電橋相連，電橋與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀相連，通過力矩扳手調(diào)節(jié)螺栓預(yù)緊力的大小。確定預(yù)緊力之后，設(shè)置不同激振頻率、相位、相位增角參數(shù)，進(jìn)行力拉伸與壓縮試驗(yàn)。分別提取力和位移試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別研究：預(yù)緊力和激勵(lì)頻率相同，激勵(lì)幅值不同情況下的能量耗散特性情況；激勵(lì)幅值和激勵(lì)頻率相同，預(yù)緊力不同情況下的能量耗散特性情況；激勵(lì)幅值和預(yù)緊力相同，激勵(lì)頻率不同情況下的能量耗散特性情況。

利用本實(shí)用新型一種栓接結(jié)合部能量耗散特性測試裝置來測試不同預(yù)緊力下的栓接結(jié)合部的能量特性的方法，包括：分別采用位移控制模式和力控制模式，獲取不同預(yù)緊力下的栓接結(jié)合部的能量耗散特性曲線；根據(jù)不同條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究影響栓接結(jié)合部能量耗散特性的主要因素及主要因素對不同預(yù)緊力栓接結(jié)合部影響的規(guī)律。對于不同預(yù)緊力栓接結(jié)合部的能量耗散特性，采用模型來進(jìn)行模擬，達(dá)到預(yù)測不同預(yù)緊力下栓接結(jié)合部的能量耗散特性的目的。利用本裝置更換不同的條件(如：試件的材質(zhì)、結(jié)合面的加工方法、結(jié)合面的加工質(zhì)量、結(jié)合面的介質(zhì)狀況、結(jié)合面間的相對位移性質(zhì)、整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)載荷性質(zhì)和大小、振動(dòng)頻率、螺栓預(yù)緊力的大小等因素)可以做不同條件下的實(shí)驗(yàn)，從而獲取不同條件下栓接結(jié)合部能量耗散特性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究影響不同預(yù)緊力栓接結(jié)合部能量耗散特性的主要因素及主要因素對能量耗散特性影響的規(guī)律，從而預(yù)測不同預(yù)緊力的栓接結(jié)合部的能量耗散特性。