双向压缩剪切复合加载试验装置

摘要

双向压缩剪切复合加载试验装置，它涉及一种复合加载试验装置。该装置为解决目前加载装置结构复杂、费用高且不能实现对加筋壁板类结构的双向拉伸或压缩载荷与面内剪切载荷的复合加载的问题。第一分配梁和第二分配梁平行设置，第一分配梁上设有第一销轴和第二销轴，第二分配梁上设有第三销轴和第四销轴，四对加载夹板和试件设在第一分配梁和第二分配梁之间，试件的四个边通过四对加载夹板可拆卸连接，第一对传力杆通过第一销轴和第五销轴转动连接，第二对传力杆通过第二销轴和第六销轴转动连接，第三对传力杆通过第三销轴和第七销轴转动连接，第四对传力杆通过第四销轴和第八销轴转动连接。本发明用于航空航天加筋壁板类结构部件的复合加载试验。

权利要求

1.一种双向压缩剪切复合加载试验装置，其特征在于：所述装置包括第一分配梁

（2-1）和第二分配梁（2-2）、第一销轴（3-1）、第二销轴（3-2）、第三销轴（3-3）、第四销轴（3-4）、第五销轴（3-5）、第六销轴（3-6）、第七销轴（3-7）、第八销轴（3-8）、四对传力杆和四对加载夹板（5），每对传力杆包括两个平行设置的传力杆，四对传力杆分别定义为第一对传力杆（4-1）、第二对传力杆（4-2）、第三对传力杆（4-3）和第四对传力杆（4-4），第一分配梁（2-1）和第二分配梁（2-2）平行设置，第一分配梁（2-1）上设有第一销轴（3-1）和第二销轴（3-2），第二分配梁（2-2）上设有第三销轴（3-3）和第四销轴（3-4），四对加载夹板（5）和试件（6）设在第一分配梁（2-1）和第二分配梁（2-2）之间，试件（6）的四个边通过四对加载夹板（5）可拆卸连接，四对加载夹板（5）上分别设有第五销轴（3-5）、第六销轴（3-6）、第七销轴（3-7）和第八销轴（3-8），第一对传力杆（4-1）通过第一销轴（3-1）和第五销轴（3-5）转动连接，第二对传力杆（4-2）通过第二销轴（3-2）和第六销轴（3-6）转动连接，第三对传力杆（4-3）通过第三销轴（3-3）和第七销轴（3-7）转动连接，第四对传力杆（4-4）通过第四销轴（3-4）和第八销轴（3-8）转动连接，第一分配梁（2-1）和第二分配梁（2-2）的中间位置处各设有一个加载臂（1），第一分配梁（2-1）上开有第一滑槽（7），第一销轴（3-1）和第二销轴（3-2）在第一滑槽（7）内滑动；第二分配梁（2-2）上开有第二滑槽（8），第三销轴（3-3）和第四销轴（3-4）在第二滑槽（8）内滑动，试件长边方向第六销轴（3-6）和第七销轴（3-7）中心的距离a，长边方向试验区长度a’，短边方向第五销轴（3-5）和第八销轴（3-8）中心的距离b、短边方向试验区长度b’，满足：

说明书

双向压缩剪切复合加载试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种复合加载试验装置。

背景技术

[0002] 航空航天工程结构中的加筋壁板，是一种可以承受面内拉伸压缩载荷和剪切载荷的基本结构组成，有着广泛的应用。这类结构在服役期间，承受单向或双向的拉伸压缩载荷，以及面内剪切载荷。

[0003] 在设计此类结构时，常需要以试验的方式验证承载力与稳定性。由于在试验件上施加拉剪或者压剪载荷需要复杂的加载装置和较高的试验条件，因此简化的方法是对试验件做单独的面内剪切试验和单轴拉压试验。由于加筋壁板在服役期间，最不利情况是承受面内轴向压缩和剪切载荷共同作用，为了准确预报在真实载荷情况下的加筋壁板承载力和稳定性，必须对加筋壁板结构进行压缩剪切复合加载试验。

[0004] 已知的方法和装置有两类。一类是通过复杂的加载装置，配合多通道的作动器实现预定的复合载荷加载。另一类是通过加载装置的巧妙设计，实现单轴的拉力或者压力转化成对试验件的复合加载。对于第一类方法可以实现任意载荷的施加，缺点是装置复杂耗费极大，常见的对整体盒段施加复合载荷考察局部壁板稳定性的方法就属于此类。对于第二类方法，目前有装置可以实现单轴压缩剪切载荷，但是装置复杂，不能实现对加筋壁板类结构的双向拉伸或压缩载荷与面内剪切载荷的复合加载。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种双向压缩剪切复合加载试验装置，以解决目前加载装置结构复杂、费用高且不能实现对加筋壁板类结构的双向拉伸或压缩载荷与面内剪切载荷的复合加载的问题。

[0006] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：双向压缩剪切复合加载试验装置，所述装置包括第一分配梁和第二分配梁、第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴、第八销轴、四对传力杆和四对加载夹板，每对传力杆包括两个平行设置的传力杆，四对传力杆分别定义为第一对传力杆、第二对传力杆、第三对传力杆和第四对传力杆，第一分配梁和第二分配梁平行设置，第一分配梁上设有第一销轴和第二销轴，第二分配梁上设有第三销轴和第四销轴，四对加载夹板和试件设在第一分配梁和第二分配梁之间，试件的四个边通过四对加载夹板可拆卸连接，四对加载夹板上分别设有第五销轴、第六销轴、第七销轴和第八销轴，第一对传力杆通过第一销轴和第五销轴转动连接，第二对传力杆通过第二销轴和第六销轴转动连接，第三对传力杆通过第三销轴和第七销轴转动连接，第四对传力杆通过第四销轴和第八销轴转动连接。

[0007] 本发明具有以下有益效果：本装置传力杆跨越试验件，变压为拉，提高了稳定性。使用销轴，使得传力路径清晰、力值明确。可以实现矩形板四边均匀剪切荷载的前提下，同时施加双向压缩荷载，突破了以往限制。配合普通拉力实验机或拉压作动器即可使用，简便易行。

附图说明

[0008] 图1是本发明的整体结构主视图，图2-图4是双向压缩剪切复合加载试验装置的原理图。

具体实施方式

[0009] 具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的双向压缩剪切复合加载试验装置，所述装置包括第一分配梁2-1和第二分配梁2-2、第一销轴3-1、第二销轴3-2、第三销轴3-3、第四销轴3-4、第五销轴3-5、第六销轴3-6、第七销轴3-7、第八销轴3-8、四对传力杆和四对加载夹板5，每对传力杆包括两个平行设置的传力杆，四对传力杆分别定义为第一对传力杆4-1、第二对传力杆4-2、第三对传力杆4-3和第四对传力杆4-4，第一分配梁2-1和第二分配梁2-2平行设置，第一分配梁2-1上设有第一销轴3-1和第二销轴3-2，第二分配梁2-2上设有第三销轴3-3和第四销轴3-4，四对加载夹板5和试件6设在第一分配梁2-1和第二分配梁2-2之间，试件6的四个边通过四对加载夹板5可拆卸连接，四对加载夹板5上分别设有第五销轴3-5、第六销轴3-6、第七销轴3-7和第八销轴3-8，第一对传力杆4-1通过第一销轴3-1和第五销轴3-5转动连接，第二对传力杆4-2通过第二销轴3-2和第六销轴3-6转动连接，第三对传力杆4-3通过第三销轴3-3和第七销轴3-7转动连接，第四对传力杆4-4通过第四销轴3-4和第八销轴3-8转动连接。

[0010] 装置可以实现对试验件两对边施加压力同时施加面内剪切力，本装置安装在拉力试验机上使用，也可以配合使用轴向拉伸作动器工作。试验机上下夹头分别连接拉力加载臂，施加拉力P。根据销轴的相对位置，决定了分配给两对传力杆的力值比例。传力杆的另一端跨越试验件水平中心线，连接销轴，变压力加载为拉力加载，提高了加载装置的稳定性，降低了传力杆的刚度要求，并且使得传力角度和传力大小更加明确。

[0011] 具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一分配梁2-1和第二分配梁2-2的中间位置处各设有一个加载臂1，此结构用于连接试验机，施加拉力。其它实施方式与具体实施方式一相同。

[0012] 具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一分配梁2-1上开有第一滑槽7，第一销轴3-1和第二销轴3-2在第一滑槽7内滑动；第二分配梁2-2上开有第二滑槽8，第三销轴3-3和第四销轴3-4在第二滑槽8内滑动，此结构可随意调节第一销轴3-1、第二销轴3-2、第三销轴3-3和第四销轴3-4在分配梁上的位置。其它实施方式与具体实施方式一相同。

[0013] 工作原理：结合图2-图4说明双向压缩剪切复合加载试验装置的原理，试验机拉力P、试验件放置偏角α(即第五销轴3-5与第八销轴3-8中心的连线与试验机拉力P作用线的夹角)、长边方向第六销轴和第七销轴中心的距离a、长边方向试验区长度a′、短边方向第五销轴和第八销轴中心的距离b、短边方向试验区长度b′、第五销轴3-5受力F1、第八销轴3-8受力F1′、第六销轴3-6受力F2、第七销轴3-7受力F2′、F1的压力分量F1t、F2的压力分量F2t、F1的剪切分量F1q、F2的剪切分量F2q、第一销轴3-1或第四销轴3-4到拉力P作用线的距离C1，第二销轴3-2或第三销轴3-3到拉力P作用线的距离C2。

[0014] 本装置通过调整试验件放置偏角α和拉力P，来达到调整板四边剪力压力的大小的功能。下面给出推导。

[0015] 由分配梁力平衡可知：P＝F1+F2

[0016] 两销轴取矩可得：

[0017] 得到： 同理，

[0018] 由图4，对F1、F2分解为沿板边的分力和垂直于板边的分力，得到：

[0019] 和

[0020] 和

[0021] 考察剪切分量发现：F1qb＝F2qa。

[0022] 假定板厚t，沿着板厚方向剪应力均匀分布，则剪应力

[0023] 若要τ1＝τ2＝τ，则需要a′b＝ab′，即

[0024] 由以上推导可知：1、板四边剪切力绕板中心点距平衡，板不会发生转动；2、在满足 的条件下，不论板的长宽比如何，旋转怎样的角度，传递给板四边的切应力总是均匀一致的。

[0025] 另外考察同边的剪压比，可得： 和

[0026] 考察两边压力比：

[0027] 由此可知：1、剪压比由板的放置角度α决定，若给定任意一边的压剪比，则角度α就确定了；2、若给定两边的压力比，那么角度α就被确定了。

[0028] 由以上结论，根据实验的具体情况设计符合要求的双向压缩剪切复合加载试验装置的步骤是：步骤一、确定试验件的长宽比 由此确定销轴间距比值 确定a、b的具体数值还需要保证压力均匀分散到受压边；步骤二、由试验载荷条件必然可知任意一边的压剪比或两边的压力比，由此确定试验件偏角α和试验总拉力P；步骤三、a、b、α均确定的情况下，装置全部零件的几何位置参数就可以确定了。再根据总拉力P，设计全部零件的截面尺寸。