船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供的是一種船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置。包括安裝在樁基上的方箱、設(shè)置在方箱內(nèi)部樁基上的支座，支座上安裝軸承箱，還包括兩個(gè)夾頭，夾頭包括背板、與背板相連的上夾板和下夾板、分別設(shè)置在上夾板與下夾板上的上調(diào)節(jié)螺栓與下調(diào)節(jié)螺栓，一個(gè)夾頭的背板固定在方箱的一個(gè)側(cè)壁上，另一個(gè)夾頭的背板上帶有鋼板，鋼板的端部帶有連接柱體，鋼板穿過(guò)軸承箱，在方箱的另一個(gè)側(cè)壁上安裝力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)，連接柱體通過(guò)連接套筒和力傳感器與力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)鏈接，復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件固定于兩夾頭之間。該裝置便于開(kāi)展大尺度復(fù)合材料夾芯板的穩(wěn)定性試驗(yàn)，對(duì)復(fù)合材料夾芯板在艦船領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種板材穩(wěn)定性試驗(yàn)的裝置。具體地說(shuō)是一種適用于復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶輕質(zhì)化的發(fā)展趨勢(shì)使得復(fù)合材料得到廣泛關(guān)注，復(fù)合材料夾芯板以其優(yōu)異的力學(xué)性能和工藝性能的穩(wěn)定性得到較為廣泛的應(yīng)用。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)采用的積木式設(shè)計(jì)方法需要驗(yàn)證不同層次的結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其中面內(nèi)承載極限以及可能發(fā)生的失穩(wěn)破壞是設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題。
[0003]對(duì)于較為簡(jiǎn)單的層壓板和總厚度較小的夾芯板，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)的穩(wěn)定性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)即可在標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)機(jī)上開(kāi)展屈曲載荷的測(cè)定，這也意味著普通的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)的局限性，適用于極限載荷較小的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。船舶復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的尺寸較大，且承載載荷復(fù)雜多變，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要求的安全裕度相對(duì)較大。相比層合板結(jié)構(gòu)，夾芯板結(jié)構(gòu)因芯材的存在導(dǎo)致具有相同蒙皮厚度的夾芯板的慣性矩增大，使其彎曲剛度也增大，而面內(nèi)剛度和減重效果相當(dāng)，同時(shí)復(fù)合材料夾芯板的制備加工與裝配工藝較為穩(wěn)定，以上因素導(dǎo)致夾芯板結(jié)構(gòu)在船舶領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0004]船舶甲板搭載結(jié)構(gòu)主要遭受慣性載荷、風(fēng)載和上浪砰擊等載荷，而輕質(zhì)化的設(shè)計(jì)趨勢(shì)與需求使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式完全不同于傳統(tǒng)鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)形式，夾芯板優(yōu)異的抗彎性能使得船舶所采用的復(fù)合材料夾芯板架結(jié)構(gòu)的板格尺寸增大，且復(fù)合材料夾芯板不具備鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)所擁有的較高的延展性能，導(dǎo)致夾芯板結(jié)構(gòu)在抵抗面內(nèi)壓縮載荷的情況下處于較為不利的位置，可能會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生局部失穩(wěn)進(jìn)而產(chǎn)生局部結(jié)構(gòu)損傷，影響復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的正常功能，同時(shí)會(huì)給結(jié)構(gòu)內(nèi)部的搭載設(shè)備帶來(lái)安全隱患，故在復(fù)合材料夾芯板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)很有必要開(kāi)展穩(wěn)定性試驗(yàn)驗(yàn)證。但由于夾芯板的整體厚度和板格尺寸較大，且?jiàn)A芯板的整體屈曲載荷較大，傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)量程不能滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，需采用新型的船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高、適用于具有兩端固定邊界的船用復(fù)合材料夾芯板測(cè)試的船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]包括安裝在粧基上的方箱、設(shè)置在方箱內(nèi)部粧基上的支座，支座上安裝軸承箱，還包括兩個(gè)夾頭，夾頭包括背板、與背板相連的上夾板和下夾板、分別設(shè)置在上夾板與下夾板上的上調(diào)節(jié)螺栓與下調(diào)節(jié)螺栓，一個(gè)夾頭的背板固定在方箱的一個(gè)側(cè)壁上，另一個(gè)夾頭的背板上帶有鋼板，鋼板的端部帶有連接柱體，鋼板穿過(guò)軸承箱，在方箱的另一個(gè)側(cè)壁上安裝力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)，連接柱體通過(guò)連接套筒和力傳感器與力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)鏈接，復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件固定于兩夾頭之間。
[0008]本發(fā)明還可以包括:
[0009]1、上調(diào)節(jié)螺栓和下調(diào)節(jié)螺栓與復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件之間設(shè)置矩形墊板。
[0010]2、所述軸承箱包括軸承箱體、安裝在軸承箱體的上下兩排軸承，每排軸向包括3個(gè)軸承組，每個(gè)軸承組之間設(shè)置主軸，鋼板穿在上下兩排主軸之間。
[0011 ]本發(fā)明的技術(shù)方案的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在:
[0012](I)夾頭的結(jié)構(gòu)
[0013]夾頭具有上下雙向可調(diào)節(jié)功能，保證試驗(yàn)時(shí)復(fù)合材料夾芯板位于載荷作用筒的中心軸線(xiàn)上，通過(guò)調(diào)節(jié)夾頭上下兩側(cè)的螺栓伸出長(zhǎng)度來(lái)控制夾頭的夾持厚度，為了防止螺栓與復(fù)合材料夾芯板直接接觸的損傷，在夾芯板端部?jī)蓚?cè)各墊一塊一定厚度的矩形鋼板。而與軸向箱體接觸的夾頭的夾持設(shè)計(jì)不變，仍為上下雙向調(diào)節(jié)功能，夾頭的另一側(cè)與一塊厚矩形鋼板焊接，鋼板厚度與軸向箱體中上下兩排軸承間的空隙高度相同，夾頭穿過(guò)箱體后再與一帶有外螺紋的柱體結(jié)構(gòu)焊接，便于與力傳感器連接。
[0014](2)軸承箱體的結(jié)構(gòu)
[0015]軸承箱體主要是控制夾頭的軸向運(yùn)動(dòng)同時(shí)限制另外兩個(gè)平動(dòng)自由度，同時(shí)箱體通過(guò)與粧基預(yù)埋螺栓的連接作用固定，并保證通過(guò)箱體的夾頭軸向與載荷作用筒的中心軸向重合。軸承箱體內(nèi)部由上下兩排軸承構(gòu)成，每排軸向包括3個(gè)軸承組，箱體內(nèi)部寬度與夾頭寬度基本一致以限制夾頭的面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以此保證通過(guò)軸承箱體的夾頭僅能沿中軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)。
[0016](3)組裝加載裝置系統(tǒng)
[0017]將夾頭連接在固定與粧基上的鋼質(zhì)方箱上并調(diào)整至一定高度以便于試驗(yàn)開(kāi)展，根據(jù)樣件長(zhǎng)度調(diào)整支撐軸承箱體的位置，將箱體與固定在粧基上的支撐結(jié)構(gòu)連接并將另一個(gè)夾頭的端部穿過(guò)箱體，保證兩個(gè)夾頭中心線(xiàn)在重合。將帶有力傳感器的力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)的作用筒固定在底座和鋼質(zhì)方箱上，保證作用筒中軸線(xiàn)與粧基表面平行并垂直于鋼質(zhì)方箱表面，同時(shí)保證作用筒中軸線(xiàn)與兩個(gè)夾頭中軸線(xiàn)一致，用帶有內(nèi)螺紋的圓柱套筒連接力傳感器與夾頭上的柱體結(jié)構(gòu)，組合成完整的復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)加載裝置系統(tǒng)。
[0018]該裝置可滿(mǎn)足具有一定寬度夾芯板的穩(wěn)定性試驗(yàn)，可測(cè)得具有兩端剛性固定邊界條件的復(fù)合材料夾芯板的軸向載荷與軸向位移曲線(xiàn)、屈曲載荷以及撓曲線(xiàn)與軸向載荷的關(guān)系，便于開(kāi)展大尺度復(fù)合材料夾芯板的穩(wěn)定性試驗(yàn)，對(duì)復(fù)合材料夾芯板在艦船領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為背板上不帶有鋼板的夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖3為背板上帶有鋼板的夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為軸承箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為圖4的左視圖。
[0024]圖6為圖4的附視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖舉例本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]結(jié)合圖1至圖3，本發(fā)明的穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置系統(tǒng)包括安裝在粧基9上的方箱1、設(shè)置在方箱內(nèi)部粧基上的支座4，支座上安裝軸承箱5，還包括兩個(gè)夾頭2，所述夾頭為上下雙向調(diào)節(jié)夾頭包括背板、與背板相連的上夾板和下夾板、分別設(shè)置在上夾板與下夾板上的調(diào)節(jié)螺栓10，一個(gè)夾頭的背板固定在方箱的左側(cè)壁上，另一個(gè)夾頭的背板上帶有鋼板12，鋼板的端部帶有連接柱體13，鋼板穿過(guò)軸承箱，在方箱的右側(cè)壁上安裝力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)8，連接柱體通過(guò)連接套筒6和力傳感器7與力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)鏈接，復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件3固定于兩夾頭之間。
[0027]上調(diào)節(jié)螺栓和下調(diào)節(jié)螺栓與復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件之間設(shè)置矩形墊板11。同時(shí)結(jié)合圖4至圖6，所述軸承箱包括鋼質(zhì)軸承箱體14、安裝在軸承箱體的上下兩排軸承16，每排軸向包括3個(gè)軸承組，每個(gè)軸承組之間設(shè)置主軸17，鋼板穿在上下兩排主軸之間，鋼質(zhì)軸承箱體上設(shè)置螺栓孔15。
[0028]左側(cè)方箱與雙向調(diào)節(jié)夾頭2通過(guò)螺栓相連;復(fù)合材料夾芯板樣件夾持于左右兩側(cè)的雙向調(diào)節(jié)夾頭上;右側(cè)雙向調(diào)節(jié)夾頭連于軸承箱體上，二者坐于箱體支座4上。
[0029]將夾頭連接在固定與粧基上的鋼質(zhì)方箱上并調(diào)整至一定高度以便于試驗(yàn)開(kāi)展，根據(jù)樣件長(zhǎng)度調(diào)整箱體支座的位置，將軸承箱體與固定在粧基上的箱體支座連接并將另一個(gè)夾頭的端部穿過(guò)軸向箱體，保證兩個(gè)夾頭中心線(xiàn)在重合。將帶有力傳感器的力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)作用筒固定鋼質(zhì)方箱上，保證載荷作用筒中軸線(xiàn)與粧基表面平行并垂直于鋼質(zhì)方箱表面，同時(shí)保證作用筒中軸線(xiàn)與兩個(gè)夾頭中軸線(xiàn)一致，用帶有內(nèi)螺紋的連接套筒連接力傳感器與夾頭上的柱體結(jié)構(gòu)，組合成完整的復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)加載裝置系統(tǒng)。
[0030]將復(fù)合材料夾芯板樣件的兩端分別放置在兩個(gè)夾頭的兩塊矩形鋼板中間，調(diào)節(jié)夾頭兩側(cè)的螺栓夾住夾芯板端部，并保證夾芯板處于兩個(gè)夾頭平面上，且復(fù)合材料夾芯板樣件中軸線(xiàn)與力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)作用筒的中軸線(xiàn)一致。調(diào)整MTS加載系統(tǒng)作用筒伸出長(zhǎng)度，使夾芯板端部與夾頭完全接觸并擰緊夾頭上的緊固螺栓且不改變夾芯板位置，最后將力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)作用筒載荷進(jìn)行調(diào)零處理。
[0031]設(shè)定加載速率為1.0mm/min并加載直至復(fù)合材料夾芯板樣件失穩(wěn)破壞，測(cè)得復(fù)合材料夾芯板樣件的軸向載荷-位移曲線(xiàn)和失穩(wěn)載荷，卸載并取下破壞的復(fù)合材料夾芯板樣件。
[0032]夾頭具有上下雙向可調(diào)節(jié)功能，保證試驗(yàn)時(shí)復(fù)合材料夾芯板位于載荷作用筒的中心軸線(xiàn)上;軸承箱體主要是控制夾頭的軸向運(yùn)動(dòng)同時(shí)限制另外兩個(gè)平動(dòng)自由度，同時(shí)箱體通過(guò)與粧基預(yù)埋螺栓的連接作用固定，并保證通過(guò)箱體的夾頭軸向與載荷作用筒的中心軸向重合。該裝置可滿(mǎn)足具有一定寬度夾芯板的穩(wěn)定性試驗(yàn)，可測(cè)得具有兩端剛性固定邊界條件的復(fù)合材料夾芯板的軸向載荷與軸向位移曲線(xiàn)、屈曲載荷以及撓曲線(xiàn)與軸向載荷的關(guān)系，便于開(kāi)展大尺度復(fù)合材料夾芯板的穩(wěn)定性試驗(yàn)，對(duì)復(fù)合材料夾芯板在艦船領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征是:包括安裝在粧基上的方箱、設(shè)置在方箱內(nèi)部粧基上的支座，支座上安裝軸承箱，還包括兩個(gè)夾頭，夾頭包括背板、與背板相連的上夾板和下夾板、分別設(shè)置在上夾板與下夾板上的上調(diào)節(jié)螺栓與下調(diào)節(jié)螺栓，一個(gè)夾頭的背板固定在方箱的一個(gè)側(cè)壁上，另一個(gè)夾頭的背板上帶有鋼板，鋼板的端部帶有連接柱體，鋼板穿過(guò)軸承箱，在方箱的另一個(gè)側(cè)壁上安裝力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)，連接柱體通過(guò)連接套筒和力傳感器與力學(xué)測(cè)試與模擬加載系統(tǒng)鏈接，復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件固定于兩夾頭之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征是:上調(diào)節(jié)螺栓和下調(diào)節(jié)螺栓與復(fù)合材料夾芯板測(cè)試件之間設(shè)置矩形墊板。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用復(fù)合材料夾芯板穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征是:所述軸承箱包括軸承箱體、安裝在軸承箱體的上下兩排軸承，每排軸向包括3個(gè)軸承組，每個(gè)軸承組之間設(shè)置主軸，鋼板穿在上下兩排主軸之間。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK106018058SQ201610300854
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】楊娜娜, 姚熊亮, 王耀輝, 楊濤, 王偉, 顧繼光, 孫龍泉, 武國(guó)勛, 王志凱
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)