[發明專利]一種拉伸-剪切和拉伸-扭轉耦合效應測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202010073778.0
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111272568B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 李道奎;李謹;崔達;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: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01N3/22;G01N3/24
• 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

本發明屬于力學性能研究技術領域，提供了一種拉伸?剪切和拉伸?扭轉耦合效應測量裝置及方法，本發明裝置包括試驗架(1)、連接裝置(2)、加載裝置(4)和變形測量裝置(5)，連接裝置包括上端夾具(21)和下端夾具(22)，試驗架(1)上設置有連接試驗架架體和上端夾具(21)的連接圓盤(12)，上端夾具(21)將待測試驗件一端連接在試驗架架體上，下端夾具(22)連接待測試驗件的另一端和加載裝置。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拉伸?剪切和拉伸?扭轉耦合效應的優點。

技術領域

本發明總體地涉及力學性能研究技術領域，具體地涉及一種拉伸-剪切和拉伸-扭轉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。復合材料的拉伸-剪切和拉伸-扭轉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，如彎曲-扭轉耦合自適應結構、拉伸-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，關于復合材料的拉伸-剪切和拉伸-扭轉耦合效應的驗證方法僅局限于理論推導與數值仿真，而一般拉伸試驗中使用的電子萬能拉伸試驗機，其加載方式完全限制了試驗件的橫向變形，所以并不能滿足相關耦合效應試驗驗證的需求，導致復合材料結構的耦合效應尚無試驗方法來精確測量。

現有技術中拉伸-剪切和拉伸-扭轉耦合效應的試驗測量的主要缺陷在于：(1)待測試驗件在垂直于加載方向上無法自由變形，難以確保試驗件結構的剪切變形或扭轉變形不受限制；(2)待測試驗件變形后拉力的方向無法保持不變，難以確保試驗件結構的加載不受變形的影響。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種拉伸-剪切和拉伸-扭轉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拉伸-剪切耦合效應的高精度測量。

本發明的技術方案是，一種拉伸-剪切和拉伸-扭轉耦合效應測量裝置，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，并使連接后的待測試驗件和加載裝置自由懸空；所述連接裝置包括上下兩部分，上端部分用于將待測試驗件的一端連接在所述試驗架上，下端部分連接待測試驗件與加載裝置，以使待測試驗件一端固定于試驗架上，另一端與加載裝置連接，從而實現加載裝置對待測試驗件施加作用力；所述加載裝置包括連接桿和砝碼托盤；所述連接桿與所述連接裝置的下端部分固定連接，所述砝碼托盤連接在連接桿的另一端，用于加載砝碼，以用于為待測試驗件施加向下的拉力。

進一步的，本發明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。

進一步的，上述試驗架包括試驗架架體和連接圓盤；所述試驗架架體為多根立柱連接上表面圓環組成的支撐結構，立柱的長度大于待測試驗件與加載裝置的長度之和以使連接后的待測試驗件與加載裝置整體懸空；所述試驗架架體的上表面圓環上有穿過圓心連接圓環的橫桿，所述橫桿中心位置設置有三個通孔，圓心位置的第一通孔用于與連接裝置連接，兩邊的兩個第二通孔用于連接所述連接圓盤；所述試驗架架體的多根立柱之間還間隔設置有橫梁，用于增強試驗架架體的穩定性；所述連接圓盤為圓盤外連接有圓環的結構，圓盤與圓環之間空隙形成滑槽，所述滑槽與圓盤圓心之間的距離與試驗架架體上表面橫桿上的第二通孔與第一通孔之間的距離相同，以通過尺寸匹配的螺釘螺母通過橫桿上的第二通孔和滑槽將試驗架架體和連接圓盤連接，轉動連接圓盤使螺釘螺母在滑槽內轉動以實現連接圓盤下方的連接裝置及待測試驗件與試驗架活動連接；所述連接圓盤的圓盤中心有中心通孔，與試驗架架體上表面橫桿上的第一通孔位置對應，用于使連接件穿過與連接裝置連接。