定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，實驗平臺上設(shè)有平臺導(dǎo)向孔及兩組滑道，兩個滑動夾緊裝置分別安裝在兩組滑道上并能夠沿滑道作相向、相離運動，滑動夾緊裝置具有滑塊以及與滑塊配合對復(fù)合材料實驗試片形成夾緊的壓緊塊，施力裝置具有一調(diào)節(jié)部以及一施力部，施力部對復(fù)合材料實驗試片的上下表面施加壓力，且施力部在與復(fù)合材料實驗試片其中一表面的接觸處設(shè)有壓力傳感器，應(yīng)力應(yīng)變測量裝置包括設(shè)在復(fù)合材料實驗試片上的應(yīng)變片以及與壓力傳感器、應(yīng)變片均相連的應(yīng)力應(yīng)變測試儀。本實用新型獲得裝配間隙、裝配力與裝配連接件應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)聯(lián)，利于揭示裝配間隙對復(fù)材材料構(gòu)件力學(xué)性能的影響。
【專利說明】
定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及力學(xué)實驗裝置，具體涉及定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]先進復(fù)合材料因其高比剛度、高比強度、抗疲勞、耐腐蝕等多種優(yōu)異性能，在飛機結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，其用量已成為衡量現(xiàn)代飛機先進性的重要指標之一。據(jù)統(tǒng)計，對于由先進復(fù)合材料制造的飛機結(jié)構(gòu)，裝配所占飛機制造總成本和工作量的25-50%。但是目前的研究更多地集中在復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計和制造上，而對后續(xù)的裝配問題研究較少，相比而言，裝配是復(fù)合材料在飛機上應(yīng)用的薄弱環(huán)節(jié)。由于受本身性質(zhì)以及成型工藝方法限制，與金屬零構(gòu)件相比，復(fù)合材料構(gòu)件制造的尺寸與幾何精度不易控制，其厚度、角度、平面度、位置度、平行度等尺寸和幾何偏差較大，且復(fù)合材料剛性高，基體較脆，層間強度較弱，在裝配中允許的變形小，一般也不允許挫修和加工，在裝配設(shè)計時需要考慮一定的裝配間隙所產(chǎn)生的力學(xué)性能的影響。
[0003]在實際飛機裝配過程中，由于復(fù)合材料構(gòu)件的制造誤差及裝配中的定位誤差，構(gòu)件連接處不可避免地存在一定的、即使很小的裝配間隙。采用緊固件將兩復(fù)合材料構(gòu)件連接起來后，由于構(gòu)件的變形消除間隙，這樣，勢必在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)變和裝配應(yīng)力，從而會對復(fù)合材料構(gòu)件裝配產(chǎn)生不良影響，而復(fù)合材料構(gòu)件層間強度較低，容易分層(delaminat1n)，會導(dǎo)致裝配質(zhì)量難以控制。所以發(fā)明一種能夠模擬針對不同裝配間隙，飛機復(fù)合材料構(gòu)件裝配連接的實驗臺，進而揭示裝配間隙的影響規(guī)律，對于定量研究復(fù)合材料構(gòu)件裝配的力學(xué)性能，這是極其必要的。以試片的形式代替實際中的裝配單元，能夠較好的反應(yīng)裝配間隙、裝配力、連接件與復(fù)合材料構(gòu)件之間的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)聯(lián)關(guān)系，獲得結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的實驗結(jié)果。
[0004]現(xiàn)有飛機復(fù)合材料構(gòu)件裝配模擬實驗裝置，主要是研究具體構(gòu)件在裝配過程中受不同因素(溫度、濕度、孔隙、鋪層、預(yù)緊力、結(jié)構(gòu)型式等)影響的變形規(guī)律，未涉及定量研究由于裝配間隙而引起的變形對復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變、以及對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。因此設(shè)計復(fù)合材料裝配過程中內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的實驗裝置成為迫切需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，能夠模擬不同裝配條件對復(fù)合材料構(gòu)件力學(xué)性能進行影響的力學(xué)實驗臺。
[0006]技術(shù)方案:本實用新型所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，包括實驗平臺、施力裝置、應(yīng)力應(yīng)變測量裝置以及兩個滑動夾緊裝置，所述實驗平臺上設(shè)有平臺導(dǎo)向孔及兩組滑道，兩組滑道相對于平臺導(dǎo)向孔對稱設(shè)置，兩個滑動夾緊裝置分別安裝在兩組滑道上并能夠沿滑道作相向、相離運動，所述滑動夾緊裝置具有與所述滑道連接的滑塊以及與滑塊配合對復(fù)合材料實驗試片形成夾緊的壓緊塊，所述施力裝置具有調(diào)節(jié)部以及跟隨調(diào)節(jié)部變化施力大小的施力部，施力部對復(fù)合材料實驗試片的上下表面施加壓力，且施力部在與復(fù)合材料實驗試片其中一表面的接觸處設(shè)有壓力傳感器，所述應(yīng)力應(yīng)變測量裝置包括設(shè)在復(fù)合材料實驗試片上的應(yīng)變片以及與壓力傳感器、應(yīng)變片均相連的應(yīng)力應(yīng)變測試儀。兩個滑動夾緊裝置在滑道上作相向、相離運動能夠?qū)崿F(xiàn)固定在滑動夾緊裝置上復(fù)合材料實驗試片裝置間隙的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)部控制施力部為復(fù)合材料實驗試片提供不同的裝配力，利用應(yīng)力應(yīng)變測試儀即可揭示裝配間隙、裝配力與應(yīng)力、應(yīng)變之間的關(guān)系。
[0007]進一步完善上述技術(shù)方案，所述調(diào)節(jié)部與所述施力部通過上T形杠桿、下T形杠桿連接，上T形杠桿包括水平段以及插槽狀的垂直段，下T形杠桿包括水平段以及插桿狀的垂直段，下T形杠桿的垂直段插入上T形杠桿的垂直段并鉸接相連，上T形杠桿水平段與下T形杠桿水平段的兩端部之間分別設(shè)置所述調(diào)節(jié)部和施力部。
[0008]進一步地，所述上T形杠桿、下T形杠桿水平段與垂直段的連接處距所述調(diào)節(jié)部的距離大于距所述施力部的距離。
[0009]進一步地，所述實驗平臺中部設(shè)有安裝孔，安裝孔兩側(cè)設(shè)有弧形軸座，所述上T形杠桿、下T形杠桿分別設(shè)置在所述實驗平臺的上側(cè)、下側(cè)并鉸接在所述安裝孔處，鉸接處通過轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸兩端設(shè)有軸套并與所述弧形軸座固定連接。
[0010]進一步地，所述調(diào)節(jié)部包括頂頭導(dǎo)向架、雙頭螺柱和球形頂頭，所述頂頭導(dǎo)向架呈矩形框狀，矩形框的上框中部、下框中部均設(shè)有頂頭導(dǎo)向孔，且下框中部的頂頭導(dǎo)向孔處設(shè)有擋片，所述球形頂頭為兩個、分別安裝在所述頂頭導(dǎo)向孔處并通過所述雙頭螺柱連接，雙頭螺柱兩頭的螺紋旋向相反，所述球形頂頭的導(dǎo)向鍵與頂頭導(dǎo)向孔上的鍵槽相配合;所述施力部包括壓頭導(dǎo)向架、球形壓頭、復(fù)位彈簧和調(diào)節(jié)螺釘，所述壓頭導(dǎo)向架呈“門”字型，“門”字型中部設(shè)有與所述平臺導(dǎo)向孔相對應(yīng)的壓頭導(dǎo)向孔，所述球形壓頭為兩個，分別安裝在所述平臺導(dǎo)向孔、壓頭導(dǎo)向孔處，所述球形壓頭均連接有復(fù)位彈簧和調(diào)節(jié)螺釘，其中安裝在所述壓頭導(dǎo)向孔處的所述球形壓頭連接的調(diào)節(jié)螺釘設(shè)置有所述壓力傳感器。
[0011]進一步地，所述實驗平臺在所述滑道端設(shè)有用于固定所述壓頭導(dǎo)向架的安裝孔，在相對于所述滑道的另一端設(shè)有用于安裝所述頂頭導(dǎo)向架的矩形開口。
[0012]進一步地，每組所述滑道為兩條平行設(shè)置帶有刻度的滑槽。
[0013]進一步地，所述滑動夾緊裝置還包括與所述滑槽平行設(shè)置用于限定所述滑塊滑行方向的擋塊。
[0014]進一步地，所述滑塊通過螺栓鎖死在所述滑道上，所述壓緊塊通過壓緊螺釘與所述滑塊連接對復(fù)合材料實驗試片形成夾緊。
[0015]進一步地，所述復(fù)合材料實驗試片層疊設(shè)置，相鄰兩個復(fù)合材料實驗試片之間設(shè)有至少一個墊片。設(shè)置不同數(shù)量的墊片實現(xiàn)不同裝配間隙高度的調(diào)節(jié)。
[0016]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點:本實用新型以復(fù)合材料實驗試片當(dāng)量模型代替實際裝配單元，實現(xiàn)模擬不同裝置間隙高度、間隙跨距、不同夾緊力等裝配條件對復(fù)合材料試片力學(xué)性能的影響，從而獲得裝配間隙、裝配力與裝配連接件應(yīng)力(應(yīng)變)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，利于揭示裝配間隙對復(fù)材連接件結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響規(guī)律，具有可變因素多，實驗條件適應(yīng)性強、實驗結(jié)果可靠等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2是本發(fā)明滑動夾緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明施力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實驗平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖5是本發(fā)明復(fù)合材料實驗試片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:1、數(shù)字應(yīng)變儀，2、滑塊，3、壓緊塊，4、擋塊，5、螺栓，6、壓緊螺釘，7、壓頭導(dǎo)向架，8、頂頭導(dǎo)向架，9、球形頂頭，10、雙頭螺柱，11、擋片，12、球形壓頭，13、復(fù)位彈簧，14、調(diào)節(jié)螺釘，15壓力傳感器，16、轉(zhuǎn)軸，17、上T形杠桿，18、下T形杠桿，19、軸套，20、導(dǎo)向鍵，
21、滑槽，22、平臺導(dǎo)向孔，23、復(fù)合材料實驗試片。
【具體實施方式】
[0023]下面通過附圖對本實用新型技術(shù)方案進行詳細說明。
[0024]實施例1:如圖1、圖5所示的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，包括復(fù)合材料實驗試片23、實驗平臺、滑動夾緊裝置、施力裝置、應(yīng)力應(yīng)變測量裝置；
[0025]如圖4所示的實驗平臺，一端設(shè)有矩形開口、矩形開口兩側(cè)設(shè)有矩形軸座，中間設(shè)有安裝孔、安裝孔兩側(cè)設(shè)有弧形軸座，另一端設(shè)有帶有刻度的滑槽21和平臺導(dǎo)向孔22;滑槽21為四條、兩兩對齊分布，在平臺導(dǎo)向孔兩側(cè)形成對稱的兩組滑道，滑動夾緊裝置為兩個，分別安裝在兩組滑道上并沿滑道作相向、相離運動。
[0026]如圖2所示的滑動夾緊裝置，包括滑塊2、壓緊塊3和擋塊4，滑塊2為兩階階梯狀、滑塊2通過安裝在其底部階梯上的兩個螺栓5固定在滑槽21上，壓緊塊3通過兩壓緊螺釘6與滑塊2連接將復(fù)合材料實驗試片23夾緊在壓緊塊3與滑塊2之間，擋塊4固定在實驗平臺上與滑槽21平行并與滑塊2接觸保證滑塊2的運動方向。
[0027]如圖3所示的施力裝置，包括壓頭導(dǎo)向架7、頂頭導(dǎo)向架8、球形頂頭9、雙頭螺柱10、擋片11、球形壓頭12、復(fù)位彈簧13、調(diào)節(jié)螺釘14、壓力傳感器15、轉(zhuǎn)軸16、上T形杠桿17、下T形杠桿18和軸套19;上T形杠桿17與下T形杠桿18分別設(shè)置在實驗平臺的上方和下方，下T形杠桿18的垂直段為插桿，上T形杠桿17的垂直段為與插桿相配合的插槽，下T形杠桿18的插桿插入插槽并通過同時穿過插桿、插槽的轉(zhuǎn)軸鉸接在實驗平臺的安裝孔處，轉(zhuǎn)軸兩端通過軸套19鎖緊并與弧形軸座相連接。頂頭導(dǎo)向架8設(shè)置在實驗平臺的矩形開口處，頂頭導(dǎo)向架8呈矩形框狀，矩形框兩側(cè)與矩形軸座相連，矩形框的上框中部和下框中部均設(shè)有頂頭導(dǎo)向孔，球形頂頭9安裝在頂頭導(dǎo)向孔處并通過導(dǎo)向鍵20與頂頭導(dǎo)向孔的鍵槽相配合，兩個球形頂頭9的頂頭端分別與上T形杠桿17、下T形杠桿18接觸相連，兩個球形頂頭9相對頂頭端的另一端通過雙頭螺柱10相連，雙頭螺柱10兩頭的螺紋旋向相反;擋片11安裝在矩形框底端頂頭導(dǎo)向孔處，旋轉(zhuǎn)擋片11防止雙頭螺柱10和球形頂頭9在實驗平臺處于不同的工作狀態(tài)下出現(xiàn)脫落。壓頭導(dǎo)向架7設(shè)在實驗平臺上且正對實驗平臺上的滑槽21和平臺導(dǎo)向孔22，壓頭導(dǎo)向架7與平臺導(dǎo)向孔22對應(yīng)處設(shè)有壓頭導(dǎo)向孔，球形壓頭12為兩個，分別安裝在壓頭導(dǎo)向孔和平臺導(dǎo)向孔22處，兩個球形壓頭12處均連接有復(fù)位彈簧13和調(diào)節(jié)螺釘14，上調(diào)節(jié)螺釘14和壓力傳感器15接觸，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘14可適應(yīng)不同高度的裝配間隙。
[0028]工作原理:根據(jù)滑槽21的刻度，將滑塊2沿擋塊4在滑槽21內(nèi)移動至所需間隙跨距并將通過底部螺栓5擰緊鎖死。在滑塊上，將復(fù)合材料實驗試片23搭接成所需模型，所需間隙高度由設(shè)于相鄰復(fù)合材料實驗試片之間的墊片架空所得，將數(shù)字應(yīng)變儀I的應(yīng)變片粘貼在試片上，用壓緊塊3將試片夾緊。調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘14使上下兩個球形壓頭與復(fù)合材料實驗試片23接觸，確保能夠同時施力。
[0029]用扳手轉(zhuǎn)動雙頭螺柱10，在頂頭導(dǎo)向架8的作用下，上下兩個球形頂頭9與雙頭螺柱10之間將作相向或相離的直線運動。當(dāng)上下兩個球形頂頭9作相離的直線運動時，分別頂開上T形杠桿17、下T形杠桿18的長端力臂，杠桿短端力臂則向中間收縮靠近，分別壓緊上下兩個球形壓頭12，在壓頭導(dǎo)向架7和平臺導(dǎo)向孔22的作用下，球形壓頭12作相向直線運動，夾緊兩復(fù)合材料實驗試片23。不斷轉(zhuǎn)動雙頭螺柱10，兩球形壓頭12繼續(xù)相向直線運動，可使兩復(fù)合材料實驗試片23靠緊接觸;反向轉(zhuǎn)動雙頭螺柱10，上述過程可逆，球形壓頭12與導(dǎo)套之間的復(fù)位彈簧13可使球形壓頭12復(fù)位。
[0030]應(yīng)力應(yīng)變測量裝置包括設(shè)在復(fù)合材料實驗試片23上的應(yīng)變片、與壓力傳感器15相連的外設(shè)應(yīng)力數(shù)顯設(shè)備以及與應(yīng)變片均相連的數(shù)字應(yīng)變儀I。通過球形壓頭12與復(fù)合材料實驗試片23之間的壓力傳感器及外設(shè)應(yīng)力數(shù)顯設(shè)備，可實時獲取兩試片所受的作用力；通過粘附在兩復(fù)合材料實驗試片23上不同部位的應(yīng)變片及外設(shè)數(shù)字應(yīng)變儀，可實時獲取兩試片上不同部位的應(yīng)力應(yīng)變值。
[0031]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本實用新型，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實用新型的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。
【主權(quán)項】
1.定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:包括實驗平臺、施力裝置、應(yīng)力應(yīng)變測量裝置以及兩個滑動夾緊裝置，所述實驗平臺上設(shè)有平臺導(dǎo)向孔及兩組滑道，兩組滑道相對于平臺導(dǎo)向孔對稱設(shè)置，兩個滑動夾緊裝置分別安裝在兩組滑道上并能夠沿滑道作相向、相離運動，所述滑動夾緊裝置具有與所述滑道連接的滑塊以及與滑塊配合對復(fù)合材料實驗試片形成夾緊的壓緊塊，所述施力裝置具有調(diào)節(jié)部以及跟隨調(diào)節(jié)部變化施力大小的施力部，施力部對復(fù)合材料實驗試片的上下表面施加壓力，且施力部在與復(fù)合材料實驗試片其中一表面的接觸處設(shè)有壓力傳感器，所述應(yīng)力應(yīng)變測量裝置包括設(shè)在復(fù)合材料實驗試片上的應(yīng)變片以及與壓力傳感器、應(yīng)變片均相連的應(yīng)力應(yīng)變測試儀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述調(diào)節(jié)部與所述施力部通過上T形杠桿、下T形杠桿連接，上T形杠桿包括水平段以及插槽狀的垂直段，下T形杠桿包括水平段以及插桿狀的垂直段，下T形杠桿的垂直段插入上T形杠桿的垂直段并鉸接相連，上T形杠桿水平段與下T形杠桿水平段的兩端部之間分別設(shè)置所述調(diào)節(jié)部和施力部。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述上T形杠桿、下T形杠桿水平段與垂直段的連接處距所述調(diào)節(jié)部的距離大于距所述施力部的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述實驗平臺中部設(shè)有安裝孔，安裝孔兩側(cè)設(shè)有弧形軸座，所述上T形杠桿、下T形杠桿分別設(shè)置在所述實驗平臺的上側(cè)、下側(cè)并鉸接在所述安裝孔處，鉸接處通過轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸兩端設(shè)有軸套并與所述弧形軸座固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述調(diào)節(jié)部包括頂頭導(dǎo)向架、雙頭螺柱和球形頂頭，所述頂頭導(dǎo)向架呈矩形框狀，矩形框的上框中部、下框中部均設(shè)有頂頭導(dǎo)向孔，且下框中部的頂頭導(dǎo)向孔處設(shè)有擋片，所述球形頂頭為兩個、分別安裝在所述頂頭導(dǎo)向孔處并通過所述雙頭螺柱連接，雙頭螺柱兩頭的螺紋旋向相反，所述球形頂頭的導(dǎo)向鍵與頂頭導(dǎo)向孔上的鍵槽相配合;所述施力部包括壓頭導(dǎo)向架、球形壓頭、復(fù)位彈簧和調(diào)節(jié)螺釘，所述壓頭導(dǎo)向架呈“門”字型，“門”字型中部設(shè)有與所述平臺導(dǎo)向孔相對應(yīng)的壓頭導(dǎo)向孔，所述球形壓頭為兩個，分別安裝在所述平臺導(dǎo)向孔、壓頭導(dǎo)向孔處，所述球形壓頭均連接有復(fù)位彈簧和調(diào)節(jié)螺釘，其中安裝在所述壓頭導(dǎo)向孔處的所述球形壓頭連接的調(diào)節(jié)螺釘設(shè)置有所述壓力傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述實驗平臺在所述滑道端設(shè)有用于固定所述壓頭導(dǎo)向架的安裝孔，在相對于所述滑道的另一端設(shè)有用于安裝所述頂頭導(dǎo)向架的矩形開口。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:每組所述滑道為兩條平行設(shè)置帶有刻度的滑槽。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述滑動夾緊裝置還包括與所述滑槽平行設(shè)置用于限定所述滑塊滑行方向的擋塊。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述滑塊通過螺栓鎖死在所述滑道上，所述壓緊塊通過壓緊螺釘與所述滑塊連接對復(fù)合材料實驗試片形成夾緊。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定量研究裝配間隙對復(fù)合材料構(gòu)件影響的力學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述復(fù)合材料實驗試片層疊設(shè)置，相鄰兩個復(fù)合材料實驗試片之間設(shè)有至少一個墊片。
【文檔編號】G01N3/08GK205538468SQ201620067954
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】蔣麒麟, 吳海燕, 章婷, 方錫武
【申請人】南京工程學(xué)院