一種大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系統(tǒng)，屬于試驗 測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料豆莢桿由于具有重量輕、力學(xué)性能優(yōu)異、可折疊與展開等特點，因此，在 航空航天領(lǐng)域中得到廣泛的關(guān)注和研究，具有良好的應(yīng)用前景。例如德國宇航中心(DLR)和 北京航空航天大學(xué)均對復(fù)合材料豆莢桿從材料、力學(xué)設(shè)計、制備工藝和試驗驗證等關(guān)鍵技 術(shù)開展了系統(tǒng)的研究。復(fù)合材料豆莢桿的軸向性能包括剛度和屈曲失穩(wěn)載荷，是非常重要 的技術(shù)指標(biāo)，德國宇航中心(DLR)和北京航空航天大學(xué)主要通過理論分析方法和縮比試驗 件的壓縮試驗來確定軸向壓縮剛度和屈曲失穩(wěn)載荷性能，這是由于利用現(xiàn)有的MTS等商用 力學(xué)試驗機(jī)只能完成長度為最長不超過1.5米的復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能測定。在實 際型號應(yīng)用中，復(fù)合材料豆莢桿的長度要遠(yuǎn)大1.5米，甚至達(dá)到上百米，現(xiàn)有的MTS等商用力 學(xué)試驗機(jī)無法完成復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能測定，此外，MTS等商用力學(xué)試驗機(jī)系統(tǒng)復(fù) 雜，價格也非常高昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系 統(tǒng)，以解決大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能測定的技術(shù)問題。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] 本發(fā)明一種大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系統(tǒng)，它是由復(fù)合材 料豆莢桿試驗件、自由端夾持試驗件的夾具、固支端夾持試驗件的夾具、自由端支座、固支 端支座、張拉索、雙向螺紋、張拉索上的力傳感器、固支端上的力傳感器、變形測量設(shè)備、數(shù) 據(jù)采集設(shè)備組成，它們之間的裝配連接關(guān)系是：自由端夾持試驗件的夾具和固支端夾持試 驗件的夾具分別與復(fù)合材料豆莢桿試驗件的兩端相連；自由端夾持試驗件的夾具與自由端 支座相連；固支端夾持試驗件的夾具與固支端上的力傳感器連接；固支端上的力傳感器與 固支端支座相連;通過張拉索將雙向螺紋和張拉索上的力傳感器串聯(lián)連接;張拉索的兩端 分別與自由端支座和固支端支座固連;共需3根以上按照正多邊角形布置形式的并串聯(lián)有 雙向螺紋和張拉索上的力傳感器的張拉索，具體根數(shù)可以根據(jù)需要確定，但必須按照正多 邊形布置，復(fù)合材料豆莢桿試驗件長度方向的中心軸線必須通過張拉索按照正多邊形方式 布置的形心;張拉索上的力傳感器和固支端上的力傳感器均與數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連;變形測 量設(shè)備監(jiān)控記錄復(fù)合材料豆莢桿試驗件的兩端相對變形量。通過以上裝配連接，形成試驗 系統(tǒng)。
[0006] 所述的自由端夾持試驗件的夾具和固支端夾持試驗件的夾具完全相同，均由鋼材 或鋁合金等金屬材料制成，它們均由根據(jù)復(fù)合材料豆莢桿試驗件的橫截面幾何形狀和尺寸 參數(shù)確定的2塊浮動外廓、6塊浮動內(nèi)芯、夾具底座、定位螺栓組成，在浮動外廓、浮動內(nèi)芯和 夾具底座上均開有螺紋孔，用來定位，浮動外廓和浮動內(nèi)芯均可定位在夾具底座上，可以通 過調(diào)節(jié)定位螺栓旋進(jìn)深度來控制浮動外廓和浮動內(nèi)芯之間的間隙，進(jìn)而控制自由端夾持試 驗件的夾具和固支端夾持試驗件的夾具對復(fù)合材料豆莢桿試驗件的夾緊程度；
[0007] 所述的自由端支座由鋼材或鋁合金等金屬材料制成，帶有可自由滑動的滑輪或其 它滑動裝置，保證加載過程中能夠自由滑動；
[0008] 所述的固支端支座由鋼材或鋁合金等金屬材料制成，被完全固定住，保證加載過 程沒有運動；
[0009] 所述的張拉索為柔性的繩索，由金屬或非金屬材料制成，用來提供張緊力，尺寸型 號需要根據(jù)試驗中的極限載荷和張拉索所使用材料的力學(xué)性能確定；
[0010] 所述的雙向螺紋由鋼材制成，它兩端分別為左螺紋和由螺紋，兩端與張拉索串聯(lián)， 旋緊雙向螺紋可使張拉索上產(chǎn)生張緊力；
[0011] 所述的張拉索上的力傳感器是力的感應(yīng)設(shè)備，可定制或選購，它的量程需要根據(jù) 試驗中的極限載荷確定，可實時監(jiān)控張拉索上力的大小，保證每根根張拉索上的力均等，進(jìn) 而保證復(fù)合材料豆莢桿試驗件軸向壓縮加載；
[0012] 所述的固支端上的力傳感器是力的感應(yīng)設(shè)備，可定制或選購，它的量程需要根據(jù) 試驗中的極限載荷確定，用來實時監(jiān)控和測量復(fù)合材料豆莢桿試驗件的軸向壓縮載荷；
[0013] 所述的變形測量設(shè)備可以是千分表、米尺、光學(xué)測距等設(shè)備，可以定制或選購，用 來測量復(fù)合材料豆莢桿試驗件兩端的相對軸向壓縮變形量；
[0014] 所述的數(shù)據(jù)采集設(shè)備是用來采集張拉索上的力傳感器和固支端上的力傳感器測 得的力和變形測量設(shè)備測的復(fù)合材料豆莢桿試驗件兩端的相對軸向壓縮變形量，可以定制 或選購。
[0015] 本試驗測試系統(tǒng)的工作原理及工況簡介如下：
[0016] 自由端支座和固支端支座起到對整個試驗系統(tǒng)的約束和支撐作用。當(dāng)開始復(fù)合材 料豆莢桿試驗件軸向壓縮實驗時，同步旋緊所有張拉索上的雙向螺紋，這樣張拉索上就會 產(chǎn)生張緊力，該張緊力傳遞到兩端的自由端支座和固支端支座，由于固支端支座被完全固 定住不動，自由端支座在柔性繩索張緊力的作用下會隨著復(fù)合材料豆莢桿試驗件一起產(chǎn)生 軸向位移，而復(fù)合材料豆莢桿試驗件則會承受軸向壓縮載荷，張拉索上的力傳感器可以監(jiān) 控張拉索上的張緊力大小，保證每根張拉索上的張緊力均等，通過固支端支座上的力傳感 器讀取復(fù)合材料豆莢桿試驗件承受的總的軸向壓縮載荷，通過變形測量設(shè)備測定對應(yīng)軸向 壓縮載荷下復(fù)合材料豆莢桿試驗件兩端相對的壓縮變形量，這樣連續(xù)旋緊雙向螺紋同時讀 取軸向載荷和相對變形量直至復(fù)合材料豆莢桿試驗件發(fā)生屈曲失穩(wěn)，就可測得整個加載過 程的軸向壓縮載荷位移曲線，通過軸向壓縮載荷位移曲線可以確定軸向壓縮剛度和屈曲失 穩(wěn)載荷。需要指出，在加載過程中，初始時要施加一定預(yù)緊力以保證張拉索張緊，方便后續(xù) 精確控制加載過程，有利于保證每根張拉索上的張緊力的一致性。
[0017] 本發(fā)明一種大尺寸復(fù)合材料管豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系統(tǒng)，有益效果是 可以用于大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能測定，測得軸向壓縮剛度和屈曲失穩(wěn)載荷， 而且該系統(tǒng)簡潔靈活且便于裝配，成本也很低。
【附圖說明】
[0018] 圖1是復(fù)合材料豆莢桿示意圖。
[0019] 圖2是復(fù)合材料管豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系統(tǒng)中的軸向壓縮載荷加載原 理示意圖。
[0020] 圖3是自由端夾持試驗件的夾具和固支端夾持試驗件的夾具示意圖。
[0021 ]圖2中：1.復(fù)合材料豆莢桿試驗件，2.自由端夾持試驗件的夾具，3 .固支端夾持試 驗件的夾具，4.自由端支座，5.固支端上的力傳感器，6.固支端支座，7.張拉索上的力傳感 器，8.雙向螺紋，9.張拉索；
[0022]圖3中：10.浮動外廓，11.金浮動內(nèi)芯，12.夾具底座，13.定位螺栓。
【具體實施方式】
[0023] 結(jié)合圖1至圖3說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0024] 在圖1中，給出了復(fù)合材料豆莢桿在完全展開狀態(tài)下的幾何示意圖，由兩片為 "/V"型薄殼組成，通常由碳纖維樹脂基復(fù)合材料制成。復(fù)合材料豆莢桿是一種應(yīng)用于航天 領(lǐng)域的薄壁復(fù)合材料桿件，可以折疊起來儲存在很小的空間內(nèi)，當(dāng)需要展開時，利用折疊過 程自身儲存的彈性應(yīng)變能進(jìn)行展開，恢復(fù)至初始形狀。
[0025] 在圖2和圖3中，本發(fā)明一種大尺寸復(fù)合材料豆莢桿軸向壓縮性能的試驗測試系 統(tǒng)，它是由復(fù)合材料豆莢桿試驗件1、自由端夾持試驗件的夾具2、固支端夾持試驗件的夾具 3、自由端支座4、固支端支座6、張拉索9、雙向螺紋8、張拉索上的力傳感器7、固支端上的力 傳感器5、變形測量設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成，它們之間的裝配連接關(guān)系是：自由端夾持試驗 件的夾具2和固支端夾持試驗件的夾具3分別與復(fù)合材料豆莢桿試驗件1的兩端相連；自由 端夾持試驗件的夾具2與自由端支座相連4;固支端夾持試驗件的夾具3與固支端上的力傳 感器5連接;固支端上的力傳感器5與固支端支座6相連;通過張拉索9將雙向螺紋8和張拉索 上的力傳感器7串