本实用新型专利技术提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置，属于结构力学行为测试技术领域。该装置包括底座、拉伸仪、扭转机构、连接机构及测量电路，该装置在对待测结构施加驱动产生较大幅值的轴向变形、绕轴扭转变形以及拉扭耦合变形过程中，可以测量结构的轴向力与轴向位移、扭矩与扭转角等力学响应数据，能够根据测试要求进行测量模式的切换，实现三种测量模式。本实用新型专利技术装置具有机械结构稳定、兼容模式丰富、测量数据精度高且范围大等特点，可以满足对待测结构的刚度、强度等力学性质的测试要求，也可用作结构多稳态变换过程中复杂力学响应的准确捕捉，为结构及结构型超材料的研发与优化提供评估手段。
【技术实现步骤摘要】
小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置
本技术涉及结构力学行为测试
，特别是指一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置。
技术介绍
随着建筑、航天等领域对结构美观、灵活需求的增长，多稳态结构受到越来越多国内外学者的关注，对其构造形式、设计方法以及力学分析方面均展开了研究。多稳态结构在外力作用下会发生不同稳态构型之间的切换，伴随着显著的拉扭耦合变形行为。然而目前尚无成熟的多稳态结构力学响应试验装置，无法综合测量结构在拉扭耦合变形过程中的力学响应参数。面对上述问题，本技术提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置与测量方法，可以实现小型结构尤其是多稳态结构拉扭耦合大变形力学响应的实验测量，从而解决结构复杂耦合变形响应实验难以测量的难题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置，实现较大范围内拉扭耦合实验测试与数据测量。该装置包括底座、拉伸机构、扭转机构、连接机构及传感器，其中，底座包括滑轨固定板、升降装置固定板、底盘及固定支座，拉伸机构包括升降装置及拉力计，扭转机构包括涡轮轴、涡轮蜗杆组及手轮，连接机构包括滑轨滑块组、龙门双横梁、定滑轮及下端盘连接件，传感器为扭矩传感器，升降装置与拉力计相连，通过升降装置固定板固定在底座上，滑轨固定板竖直设置，升降装置固定板水平设置，滑轨固定板与升降装置固定板共同设置在底盘上，底盘下设置固定支座，扭转机构安装在底盘上，下端盘连接件下方设置涡轮轴，涡轮轴与涡轮蜗杆组相互咬合，涡轮蜗杆组与手轮相连，下端盘连接件上设置扭矩传感器，下端盘连接件上方连接实验对象，实验对象上方设置龙门双横梁，龙门双横梁之间通过滑轨滑块组连接，上部的龙门双横梁上设置两个定滑轮，实验对象下侧中心孔处与涡轮轴下方各设置一个刻度盘。拉伸机构采用双直线导轨丝杠升降仪，结合顶部的步进电机施加拉力及压力。扭转机构采用蜗轮蜗杆作为传动元件。该测试装置能够实现轴向加载模式、扭转加载模式和轴向-扭转复合加载模式。本技术的上述技术方案的有益效果如下：该测试装置实现了拉扭耦合装置的小型化、简易化，造价低且操作方便快捷，放置于实验室平台上即可单人独立完成实验内容；与此同时还可实现较大范围内拉扭耦合变形的实验测试。上端盘限制周向自由度、下端盘限制轴向自由度的形式使得一套装置可实现三种不同加载模式下多稳态结构的稳态构型变换过程的测试，实验过程中同步测量轴向力、轴向位移、扭矩和扭转角，体现了该装置的综合实验能力。附图说明图1为本技术测试装置的三种加载模式示意图，其中，(a)为轴向加载模式，(b)为扭转加载模式，(c)为轴向-扭转复合加载模式；图2为本技术测试装置中底盘的结构示意图；图3为本技术测试装置中扭转机构的结构示意图；图4为本技术测试装置的举例实验对象——棱柱状张拉整体结构示意图，其中，(a)为整体视图，(b)为主视图；图5为本技术测试装置中连接机构与角度读数示意图；图6为本技术测试装置结构示意图。其中：1-升降装置，2-拉力计，3-滑轨固定板，4-升降装置固定板，5-底盘，6-固定支座，7-下端盘连接件，8-涡轮轴，9-涡轮蜗杆组，10-手轮，11-滑轨滑块组，12-龙门双横梁，13-定滑轮，14-刻度盘，15-扭矩传感器。具体实施方式为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本技术提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置。如图6所示，该装置包括底座、拉伸机构、扭转机构、连接机构及传感器，其中，如图2所示，底座包括滑轨固定板3、升降装置固定板4、底盘5及固定支座6，如图1所示，拉伸机构包括升降装置1及拉力计2，如图3所示，扭转机构包括涡轮轴8、涡轮蜗杆组9及手轮10，如图5所示，连接机构包括滑轨滑块组11、龙门双横梁12、定滑轮13及下端盘连接件7，传感器为扭矩传感器15，升降装置1与拉力计2相连，通过升降装置固定板4固定在底座上，滑轨固定板3竖直设置，升降装置固定板4水平设置，滑轨固定板3与升降装置固定板4共同设置在底盘5上，底盘5下设置固定支座6，扭转机构安装在底盘5上，下端盘连接件7下方设置涡轮轴8，涡轮轴8与涡轮蜗杆组9相互咬合，涡轮蜗杆组9与手轮10相连，下端盘连接件7上设置扭矩传感器15，下端盘连接件7上方连接实验对象，实验对象上方设置龙门双横梁12，龙门双横梁12之间通过滑轨滑块组11连接，实验对象下侧中心孔处与涡轮轴8下方各设置一个刻度盘14。下面结合具体实施例予以说明。实施例1为了更好体现该装置的综合测试能力，特以棱柱状张拉整体结构为例进行相关部件与功能的介绍，棱柱状张拉整体结构如图4所示。该测试装置的底座由滑轨固定板3、升降装置固定板4、底盘5与固定支座6组成，是整个装置的骨架。支撑柱的使用在稳定支撑中部连接板的同时为底部的扭转机构留出足够大的空间，对于后期相关传感器的线路布置也提供了方便。该测试装置的拉伸机构由86步进电机与双直线导轨丝杠升降仪构成的升降装置1与拉力计2组成，为实验提供拉伸和压缩载荷。通过升降装置固定板4固定在底座上。该测试装置的连接机构由龙门双横梁12、滑轨滑块组11、定滑轮13与下端盘连接件7组成，通过滑轨与其固定板连入试验装置。其作用为将实验结构连接到试验装置中，保证轴向加载过程的实现。龙门双横梁的设计旨在简化装置实验模式切换时的操作，以及配合定滑轮实现试验全过程的重力卸载，使实验测试无需考虑结构自重影响；下盘连接件通过两侧轴向轴承放开下盘的转动自由度；滑轨滑块组的引入首先限制了上端盘的行进路径，保持整个实验过程中被测结构的同轴度，其次在轴向加载时平衡径向力，降低实验误差。连接机构将平动自由度与轴向转动自由度分到上下盘，便于模式切换。此外，龙门横梁中间形状的设计可以多样化，通过对不同被测张拉整体结构的形状特点来进行更换，实现装置的多功能性。该测试装置的扭转机构由涡轮轴8、蜗轮蜗杆组9与手轮10组成，通过蜗轮蜗杆对实验结构施加扭矩载荷。充分利用蜗轮蜗杆出色的自锁性能，使实验角度数据的读取更加精准。涡轮轴连接件通过销轴与涡轮轴连接，配合扭矩传感器进行扭矩传动或者配合下端盘连接件限制实验结构下端盘的轴向移动与绕轴转动，下端盘连接件也会通过待测张拉整体结构的组成特点来进行设计，保证将待测物体连接在实验装置上，限制其轴向移动的同时放开转动自由度。张拉整体结构在加载时会在多个稳态间切换：施加轴向载荷时，整个结构发生轴向变形，同时上下端面盘出现相对转动；施加扭矩时，上下端面盘之间发生相对转动，同时整个结构出现轴向变形。对于多稳态理论的研究要在多种加载方式下进行实验测试。本技术在测试过程中可以手动切换三种测量模式如图1所示，可以出色解决上述问题。(a)图是轴向加载模式。在此种加载方式下，首先通过将两龙门横梁固定为一整体,拉力计通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置，其特征在于：包括底座、拉伸机构、扭转机构、连接机构及传感器，其中，底座包括滑轨固定板(3)、升降装置固定板(4)、底盘(5)及固定支座(6)，拉伸机构包括升降装置(1)及拉力计(2)，扭转机构包括涡轮轴(8)、涡轮蜗杆组(9)及手轮(10)，连接机构包括滑轨滑块组(11)、龙门双横梁(12)、定滑轮(13)及下端盘连接件(7)，传感器为扭矩传感器(15)，升降装置(1)与拉力计(2)相连，通过升降装置固定板(4)固定在底座上，滑轨固定板(3)竖直设置，升降装置固定板(4)水平设置，滑轨固定板(3)与升降装置固定板(4)共同设置在底盘(5)上，底盘(5)下设置固定支座(6)，扭转机构安装在底盘(5)上，下端盘连接件(7)下方设置涡轮轴(8)，涡轮轴(8)与涡轮蜗杆组(9)相互咬合，涡轮蜗杆组(9)与手轮(10)相连，下端盘连接件(7)上设置扭矩传感器(15)，下端盘连接件(7)上方连接实验对象，实验对象上方设置龙门双横梁(12)，龙门双横梁(12)之间通过滑轨滑块组(11)连接，上部的龙门双横梁(12)上设置两个定滑轮(13)，实验对象下侧中心孔处与涡轮轴(8)下方各设置一个刻度盘(14)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置，其特征在于：包括底座、拉伸机构、扭转机构、连接机构及传感器，其中，底座包括滑轨固定板(3)、升降装置固定板(4)、底盘(5)及固定支座(6)，拉伸机构包括升降装置(1)及拉力计(2)，扭转机构包括涡轮轴(8)、涡轮蜗杆组(9)及手轮(10)，连接机构包括滑轨滑块组(11)、龙门双横梁(12)、定滑轮(13)及下端盘连接件(7)，传感器为扭矩传感器(15)，升降装置(1)与拉力计(2)相连，通过升降装置固定板(4)固定在底座上，滑轨固定板(3)竖直设置，升降装置固定板(4)水平设置，滑轨固定板(3)与升降装置固定板(4)共同设置在底盘(5)上，底盘(5)下设置固定支座(6)，扭转机构安装在底盘(5)上，下端盘连接件(7)下方设置涡轮轴(8)，涡轮轴(8)与涡轮蜗杆组(9)相互咬合，涡轮蜗杆组(9)与手轮(10)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立元，郑洋，张帅，吴文庚，陈敏而，钱凌云，张勃洋，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。