[發明專利]雙穩態復合材料實驗測試裝置

有效

• 申請號: 201210325730.X
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102841024A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 張征;吳和龍;吳化平;李吉泉;鮑雨梅
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28;G01N3/26;G01N3/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本發明涉及一種雙穩態復合材料實驗測試裝置，涉及到反對稱、非對稱鋪設復合材料圓柱殼結構雙穩態性能的實驗分析方法和測試裝置。

背景技術

雙穩態復合材料結構是一種新型的智能材料結構，具有輕質、高強度和空間利用率高等綜合性能，更由于其同時具有延展和卷攏兩種穩定狀態，保持穩態時不需要外力維持的雙穩態特性，在航天飛行器（如太陽能電池板陣列、天線及各種桿狀結構）、可變形機翼和風機葉片等領域具有廣泛的應用前景，因此近年來成為國內外學者研究的熱點問題之一。但目前對于雙穩態層合殼的實驗研究均較匱乏，實驗測試裝置較簡單，尤其是針對于反對稱鋪設圓柱殼的雙穩態性能的研究，僅有的針對反對稱層合殼的實驗也是著眼于研究殼體的力學彎曲性能?；诖?，設計、發明一種用于實現層合殼雙穩態轉換并對其穩態轉變過程進行觀察、研究的實驗測試裝置。

發明內容

本發明針對目前對于雙穩態層合殼的實驗研究均較匱乏、實驗測試裝置較簡單的問題，提出了一種用于實現層合殼雙穩態轉換并對其穩態轉變過程進行觀察、研究的雙穩態復合材料實驗測試裝置。

本發明所述的雙穩態復合材料實驗測試裝置，包括拉伸試驗機，其特征在于：所述的拉伸試驗機上安裝隨動機械推手、可調節壓頭和可調節夾具，所述的隨動機械推手包括支架、第一步進電機、第一傳動軸、第二步進電機、第二傳動軸、第三步進電機、推手，所述的第一步進電機安裝在所述的支架上，所述的第一傳動軸的一端通過直齒輪與所述的第一步進電機連接，另一端連接第一轉動臂的一端；所述的第二步進電機安裝在所述的第一轉動臂另一端，并通過斜齒輪與所述的第二傳動軸的一端連接，所述的第二傳動軸的另一端連接第二轉動臂；所述的第三步進電機安裝在所述的第二轉動臂上，并通過齒輪齒條傳動與所述的推手連接；

所述的可調節壓頭包括壓頭滑塊、滑槽塊、壓頭柄，所述的壓頭滑塊通過螺栓固定在所述的滑槽塊的滑槽導軌上；所述的壓頭柄螺接在所述的滑槽塊上，所述的壓頭柄上開設定位孔，通過定位銷固定在拉伸試驗機上；

所述的可調節夾具包括底座、支撐桿，所述的支撐桿通過螺栓固定在所述的底座的滑槽上安裝支撐滑塊；所述的支撐桿的一端螺接在所述的底座上，另一端固定在拉伸試驗機平臺上。

所述的壓頭滑塊的底端為圓弧尖端。

所述的壓頭滑塊的個數為2塊，對稱的安裝在所述的滑槽塊的滑槽導軌上。

所述的支撐滑塊的個數為2塊，對稱的安裝在所述的底座的滑槽上。

所述的隨動機械推手成對使用，對稱的安裝在拉伸試驗機平臺的兩側。

所述的拉伸試驗機配置力-位移傳感器。

所述的第一傳動軸與所述的第一轉動臂之間通過圓柱滾子軸承連接。

所述的第二傳動軸與所述的第二轉動臂之間通過角接觸球軸承固定。

實驗前，先將隨動機械推手安裝在拉伸試驗機平臺兩側，把可調節壓頭和可調節夾具安裝到拉伸試驗機上，構成了實驗的基本平臺；然后，將處于第一穩態的雙穩態層合殼試件放置于可調節夾具上，調節用以支撐的兩個支撐滑塊至合適位置，調節好兩個壓頭滑塊的相對位置，設定好可調節壓頭進給的速度；實驗開始時，拉伸試驗機通過可調節壓頭提供驅動力使雙穩態層合殼試件由初始狀態慢慢展平，并開始向第二穩態轉變，此時，隨動機械推手開始動作，推手與雙穩態層合殼試件的點A接觸并按照預設的運動軌跡隨動，輔助第一穩態的雙穩態層合殼試件向第二穩態轉變并提供轉變所需的實時的力，實現試件的第二穩態，拉伸試驗機配置的力-位移傳感器可測得試件發生彈性突變所需的最大載荷，并獲得試件變形過程的載荷-位移曲線，這樣，可調節壓頭提供了試件發生彈性突變所需的力，隨動機械推手幫助雙穩態層合殼試件由第一穩態向第二穩態轉變，在二者的共同驅動下，可通過整個搭建的實驗平臺順利實現雙穩態試件的第二穩態，并可對其變形過程進行捕捉。

本發明的有益效果是：適用于雙穩態復合材料的穩態間轉變測試、實驗（包括反對稱、非對稱等多種鋪設方式），可獲取對應的最大轉變力、載荷-位移曲線、第一穩態向第二穩態過渡、第二穩態返回至第一穩態等的力和位移、第二穩態曲率半徑等多種信息；2）適應不同尺寸、鋪設角度、變形方向的雙穩態復合材料結構實驗測試分析；3）實驗測試裝置簡單、穩定性高，易于裝卸、維修和調試，對于采用智能材料驅動(如壓電材料、形狀記憶合金材料等)的研究具有重要的借鑒意義。

附圖說明

圖1是本發明的隨動機械推手的主視圖。

圖2是本發明的隨動機械推手的左視圖。

圖3是本發明的隨動機械推手的俯視圖。

圖4是本發明的可調節壓頭的主視圖。