[發明專利]一種扭轉-拉伸耦合效應測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010073769.1
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111272546B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 李道奎;崔達;李謹;周仕明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/22
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明總體地涉及力學性能研究技術領域，提供了一種扭轉?拉伸耦合效應測量裝置及方法，裝置包括試驗架(1)、連接裝置(2)、待測試驗件、加載裝置(4)和變形測量裝置(5)，連接裝置包括夾具(21)和夾塊(22)，加載裝置包括螺桿(41)和支架滑輪(44)；試驗架(1)上有連接試驗架架體和夾具(21)的連接圓盤(12)，以及支撐支架滑輪的橫梁(13)；連接裝置用于將夾具固定連接在試驗架(1)上，螺桿(41)對稱設置在待測試驗件垂直方向，用于向待測試驗件施加作用力。本發明裝置具有結構簡單、易于制作、操作方便、能夠實現高精度測量復合材料結構扭轉?拉伸耦合效應的優點。

技術領域

本發明總體地涉及力學性能研究技術領域，具體地涉及一種復合材料扭轉-拉伸耦合效應測量裝置及方法。

背景技術

復合材料具備比強度高、比剛度高、性能可設計、易于整體成形的優點，被越來越廣泛地應用于飛機、運載火箭、航天器和衛星等結構上。復合材料的扭轉-拉伸耦合效應可以用于設計多種具有不同耦合效應的自適應結構，如拉伸-扭轉耦合自適應結構、彎曲-扭轉耦合自適應結構等。這些自適應耦合結構在傾轉旋翼機葉片、固定翼飛機機翼、風力發電機葉片等結構上有著廣泛的應用前景，能顯著提升上述結構的綜合力學性能。

目前，關于復合材料的扭轉-拉伸耦合效應的驗證方法僅局限于理論推導與數值仿真，而一般扭轉試驗中使用的機械扭轉試驗機，其加載方式完全限制了試驗件的軸向變形和垂直于軸向的變形，不能使試驗件達到自由扭轉變形的目的，所以并不能滿足扭轉-拉伸耦合效應試驗驗證的需求，導致復合材料結構的扭轉-拉伸耦合效應尚無試驗方法來精確測量。

現有技術中扭轉-拉伸耦合效應的試驗測量的主要缺陷在于：待測試驗件在承受扭矩加載后在軸線及其垂直方向上無法自由變形，進而會導致在變形過程中受到除扭矩外的多余約束力，難以確保試驗件結構加載端的自由變形不受限制。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種扭轉-拉伸耦合效應測量裝置及方法，該裝置結構簡單、易于制作、操作方便、能夠實現復合材料結構扭轉-拉伸耦合效應的高精度測量。

本發明的技術方案是，一種扭轉-拉伸耦合效應測量裝置，它包括試驗架、加載裝置和連接裝置；所述試驗架用于固定和支撐所述連接裝置、待測試驗件和加載裝置；所述連接裝置用于將待測試驗件的一端連接在所述試驗架上，并使連接后的待測試驗件的另一端豎直懸空；所述加載裝置用于從待測試驗件懸空端向待測試驗件施加大小相同方向相反的拉力以作扭矩，測量扭矩作用下待測試驗件結構產生的拉伸變形。

進一步的，上述加載裝置包括螺桿、與螺桿配合的多個螺母、滑線和支架滑輪；所述螺桿穿過待測試驗件懸空端上設置的垂直于豎直懸空方向的通孔并配合螺母以夾持和固定待測試驗件；待測試驗件上的通孔穿過待測試驗件的橫截面中心；所述滑線、支架滑輪、金屬桿和砝碼托盤的數量均為兩個，螺桿的兩端各自連接一根滑線；每根滑線經一個支架滑輪的滑輪橋接后另一端與一個金屬桿的上端連接；每個金屬桿的下端各設置一個砝碼托盤所述支架滑輪有支架以將支架滑輪支撐固定在試驗架上；通過兩個砝碼托盤上分別施加同等重量的砝碼向待測試驗件施加等效扭矩。

進一步的，本發明的扭轉-拉伸耦合效應測量裝置還包括變形測量裝置，所述變形測量裝置用于分析和計算待測試驗件在加載和卸載過程中的變形。