专利名称：一种等强度悬臂梁的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种等强度悬臂梁，可以应用于应变测量系统的各种性能试验，主
要针对光纤光栅应变传感器与电阻应变片的对比试验与各种环境试验，进行传感器性能与 粘接工艺研究以及相关的测试与校准工作。属于测量技术领域。
背景技术：
目前，悬臂梁结构在实验室中的应用已经非常普遍，除了应变测量系统的试验，还 可以应用在各种振动试验中，载荷形式也可以多种多样。但是通常使用的悬臂梁基本都是 形状规整的长方体结构，在集中力载荷作用下，其轴向应力在表面各处都不相等。这样，被 测表面的应变有可能在一个应变敏感元件的长度内出现不均匀分布，这会给应变的测量带 来一定影响。因此，作为专门用于应变传感器测量性能试验的装置，应该避免应变不均匀分 布带来的影响。
发明内容本实用新型正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供一种等强度悬臂梁， 其目的是使悬臂梁的上表面或下表面的轴向应力处处相等，可以避免应变分布不均匀带来 的影响，另外，梁体上表面的轴向应变处处相等，也会给应变敏感元件之间的对比试验带来 很大方便，更能避免对比过程中由于应变值的换算带来的误差。 本实用新型的目的是通过以下措施来实现的 该种等强度悬臂梁，包括方形支柱、悬臂梁主件固定段、悬臂梁主件工作段、悬臂 梁主件加载段、立式支撑肋板和固定压块，其中，悬臂梁主件固定段、悬臂梁主件工作段和 悬臂梁主件加载段由一块等厚度板形成，其特征在于悬臂梁主件工作段和悬臂梁主件加 载段一体化板的形状为等腰三角形，其顶点为悬臂梁主件加载段顶端的加载点，其两等边 形成悬臂梁主件工作段和悬臂梁主件加载段一体化板的侧边，其底边在悬臂梁主件固定段 上，该等腰三角形的底角a为83. 16° 。 该种等强度悬臂梁是由一系列可更换的悬臂梁主体件与固定支座组成。根据材料 力学公式，矩形截面的悬臂梁在自由端承受横向载荷F的作用时，在轴向任意横截面x处， 上下表面的轴向拉伸应力大小为
6x p =I7TF (1) 式中X，以悬臂梁自由端为原点，正向指向固定端的坐标值； Om，悬臂梁轴向任意横截面X处，上下表面轴向应力的大小； F，自由端横向集中力载荷大小； b，悬臂梁轴向任意横截面X处，梁的横截面宽度； h，悬臂梁轴向任意横截面x处，梁的横截面厚度。 根据(1)式可以知道，如果梁的横截面宽度b随x成比例变化，那么在梁的横截面厚度h与自由端载荷F不变的条件下，上下表面轴向应力大小在轴向任意横截面都是相 同的。因此，本技术方案通过对悬臂梁的几何构型的设计，在悬臂梁主体件的工作段，可以 保证梁体的上表面或下表面任意一点的轴向应力或轴向应变都相等，以满足特殊的试验需 要。
图1为本实用新型的装置的结构示意图 图2为图1的仰视图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步地详述 参见附图1 2所示，该种等强度悬臂梁，包括方形支柱1、悬臂梁主件固定段2、
悬臂梁主件工作段3、悬臂梁主件加载段4、立式支撑肋板5和固定压块6，其中，方形支柱1
和立式支撑肋板5构成固定支座部分，方形支柱1顶端横截面比较宽，与悬臂梁主体件固定
段2接触面积足够大，可以保证悬臂梁主体件的固定段2有足够的插入深度和接触面积，可
以保证悬臂梁在固定端的边界条件。悬臂梁主件固定段2与固定支座之间采用螺栓固定，
可以支持悬臂梁主体件的更换，为试验带来方便。在主体件基本形状不变的前提下，可以根
据需要改变其尺寸大小或材料。在多组贴片(光纤光栅或应变片)的对比试验中，可以在
多个完全相同的悬臂梁主体件上提前预制各组贴片，然后在一次试验中，保持试验条件稳
定不变，通过更换主体件来高效率的完成对比试验。 根据加载时支座底面的受力情况，立式支撑肋板5采用三角形设计，既可以减轻 结构质量，又能够最大限度的保证承载情况下支柱与水平面的垂直。悬臂梁主件固定段2、 悬臂梁主件工作段3和悬臂梁主件加载段4由一块等厚度板形成，其特征在于悬臂梁主件 工作段3为等腰梯形状，底角a为83. 16° ，其两边的延长线的顶点为悬臂梁主件加载段4 顶端的加载点7，悬臂梁主件加载段4顶端的加载点7为平头设计，施加集中力载荷的作用 点也就是平头的中点位置，这样既避免了在三角形顶点加载的不稳定，又兼顾保证了工作 段上下表面应力的等强度要求，载荷必须是垂直于XY面的集中力， 一般采用悬挂重物的方 式加载。悬臂梁主件加载段4为一长方形块状，保证了加载的稳定性与加载位置的准确性。 只要载荷形式不改变，悬臂梁主件工作段3的上下表面，即以Z轴为法线的表面各处的轴向 应变都相同，因此，可以在工作段[3]表面较大范围内的任意位置沿着悬臂梁主体件的轴 向布置应变传感元件进行各种性能试验与研究。 该等强度悬臂梁整体结构关于x轴的对称设计，保证了梁的平面弯曲变形，减小 翘曲变形引起的误差。采用立式支撑肋板5代替传统试验室梁结构中的卧式底板，可以为 悬臂梁悬挂重物加载留出较大的自由空间，可以保证梁主体件位置的水平。立式支撑肋板 5的三角形也是根据试验中实际载荷情况设计的，在自由端施加横向集中力载荷时，立式支 撑肋板部分承受的弯矩也是越靠近固定端的方形支柱越大，因此三角形的立式支撑肋板可 以最大限度的抵抗支座弯曲变形，从而保证固定端方形支柱与水平面的垂直。另外，三角形 立式立式支撑肋板的设计既减轻了整体结构的重量，也为悬挂重物加载留下了很大的自由 空间。[0020] 本实用新型装置针对应变传感元件的试验对被测表面应变均匀性的要求，设计出 应变均匀分布的等强度悬臂梁，它可以为应变传感元件的工艺研究及相关的比对与校准提 供实用可靠的试验装置，具有结构简单，稳定可靠，使用方便等优点。另外，本实用新型具有 较强的实用价值，如果能够在应变传感研究的试验领域得到推广使用，将会有效提高试验 数据的可靠性及试验效率，为应变传感技术的发展提供有力支持。
权利要求一种等强度悬臂梁，包括方形支柱(1)、悬臂梁主件固定段(2)、悬臂梁主件工作段(3)、悬臂梁主件加载段(4)、立式支撑肋板(5)和固定压块(6)，其中，悬臂梁主件固定段(2)、悬臂梁主件工作段(3)和悬臂梁主件加载段(4)由一块等厚度板形成，其特征在于悬臂梁主件工作段(3)和悬臂梁主件加载段(4)一体化板的形状为等腰三角形，其顶点为悬臂梁主件加载段(4)顶端的加载点(7)，其两等边形成悬臂梁主件工作段(3)和悬臂梁主件加载段(4)一体化板的侧边，其底边在悬臂梁主件固定段(2)上，该等腰三角形的底角α为83.16°。
2. 根据权利要求1所述的等强度悬臂梁，其特征在于悬臂梁主件加载段(4)和两侧 边被加工呈平行，其顶端是平头的。
3. 根据权利要求1所述的等强度悬臂梁，其特征在于立式支撑肋板(5)采用立式支 撑方式。
专利摘要本实用新型是一种等强度悬臂梁，包括方形支柱、悬臂梁主件固定段、悬臂梁主件工作段、悬臂梁主件加载段、立式支撑肋板和固定压块，其中，悬臂梁主件固定段、悬臂梁主件工作段和悬臂梁主件加载段由一块等厚度板形成，其特征在于悬臂梁主件工作段和悬臂梁主件加载段一体化板的形状为等腰三角形，其顶点为悬臂梁主件加载段顶端的加载点，其两等边形成悬臂梁主件工作段和悬臂梁主件加载段一体化板的侧边，其底边在悬臂梁主件固定段上，该等腰三角形的底角α为83.16°，具有结构简单，稳定可靠，使用方便等优点。将会有效提高试验数据的可靠性及试验效率，为应变传感技术的发展提供有力支持。
文档编号G01B11/16GK201488709SQ20092016681
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者刘永录, 宋昊, 张力, 张立哲, 王宇, 陈璐 申请人:中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所