专利名称：构件刚度的测试平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种构件刚度的测试平台，特别涉及刚度较高、变形量较小的结 构组件的刚度测试和分析，属于结构组件刚度测试领域。
背景技术：
构件刚度是指构件抵抗变形的能力，其表达式为施加于构件上的作用所引起的内 力与其相应的构件变形的比值。分析结构的刚度是工程设计中的一项重要工作。对于一些 须严格限制变形的结构，如机翼、高精度的装配件等，须通过刚度分析来控制变形。许多结 构，如建筑物、机械等，也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。另外，如弹簧秤、环 式测力计等，须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。此外，在结构力学的位移 法分析中，为确定结构的变形和应力，通常也要分析其各部分的刚度。对于臂式梁式弯曲作用下的构件，常规的弯曲刚度的测试原理如附图1所示。弯 曲刚度Kmx为
(1)其中f由位移计(2)测试所得。
发明内容一种构件刚度测试平台，包括构件(3)、激光器⑷、全反射镜Mtl、全反射镜M1、半反 射镜M3、全反射镜M4、屏幕(5)，构件(3)的固定端A。、自由端A1分别安装全反射镜M。、全反 射镜M1,激光器(4)发出的激光光束分别通过全反射镜M4、半反射镜M3后分别将光束反射 到全反射镜Mtl、全反射镜M4上，光束经过全反射镜Mtl、全反射镜M1反射后投射到屏幕(5)上 形成光斑，构件(3)的自由端A1施加载荷前，光束经过全反射镜Mtl、全反射镜M1反射后投射 到屏幕(5)上形成光斑Ac/、A/，由屏幕(5)读取光斑Ac/、A/的坐标值，当构件(3)的 自由端A1施加载荷，光束经过全反射镜Mtl、全反射镜M1反射后投射到屏幕(5)上形成光斑 A0"、V，由屏幕(5)读取光斑A/、A,的坐标值，光斑A/、A,的坐标值分别减去所述 光斑Ac/ ,A1'坐标值，得到位移差值Δ ρ Δ，所述位移差值Δ减去Δ ^可求出全反射镜M1 安装位置相对全反射镜M0安装位置的相对刚度；当构件(3)的自由端施加载荷为集中力P，则弯矩Mx = PL,其中L为全反射镜的Mtl 到全反射镜M1的距离，则构件(3)的自由端A1点相对构件(3)固定端Atl点的相对转角α 为 其中Sc^ S1分别为‘ A1点至屏幕的距离，则构件(3)的弯曲刚度为kMx为 其中L为A1点到A0点的距离；其中构件刚度测试平台还包括在构件(3)的自由端安装拐臂(6)，在所述拐臂(6) 施加载荷P，则扭矩Mz = Pa，其中a为拐臂(6)施加载荷点到构件(3)自由端A1的距离，则 构件(3)自由端A1点相对固定端Atl点的扭转角Φ为
(4)式中S为全反射镜M0或全反射镜M1至屏幕(5)的距离，构件(3)的扭转刚度KMz 为 其中构件(3)为一端固定，另一端为自由的悬臂梁固定方式；激光器(4)可调整激光束的入射角度。本实用新型可以精确测量这种微纳米量级的变形。
图1常规弯曲刚度测试平台示意图。图2本实用新型中弯曲刚度测试平台示意图。图3本实用新型中扭转刚度测试平台示意图。
具体实施方式
如图2所示的本实用新型弯曲刚度测试平台的示意图。将构件(3) —端固定，另 一端中心处施加载荷P，则弯矩Mx = PL,其中构件(3)的另一端采用悬臂梁固定方式。在 构件(3)两个端点ApA1分别安装全反射镜Mtl、全反射镜M1，激光器发出的激光光束通过全 反射镜Μ4、半反射镜M3将光束分别反射到全反射镜M。、M1上，光束经过全反射镜Μ。、全反射 镜M1反射后投射到屏幕(5)上形成光斑Ac/ ,A1'，施加弯矩后，光斑分别从Ac/ ,A1'移到 A0" ,A1"，移动的位移差值分别为Δ。Δ。构件A1点相对Atl点的相对转角α为 上式中&、S1分别为k0、A1点至屏幕之距。则弯曲刚度为kMx有 其中LS A1点距Atl点的距离。采用此平台测试过程中，&、S1越大，Δ0, Δ越大， 有利于提高微小弯曲变形量的测试精度。如图3所示的本实用新型扭转刚度测试平台的示意图。将构件(3)的一端固定， 另一端通过拐臂(6)施加载荷P，则扭矩Mz = Pa，其中a为拐臂(6)施加载荷点到构件(3)自由端的 距离。在构件两个端点A0、A1分别安装全反射镜M0、M1,激光器发出的激光光束通过全反射 镜M4、半反射镜M3将光束分别反射到MpM1全反射镜上，再反射到屏幕上形成Ac/ ,A1'光 斑。施加扭矩后，光斑分别从Ac/ ,A1'移到Atl" ,A1"，移动的位移差值分别为ΔρΔ。构 件~点相对Atl点的扭转角Φ为[0029]
(4)式中S为MpM1全反射镜至屏幕的距离。构件的扭转刚度Kmz为
(5) 采用此平台测试过程中，S越大，Δ。Δ越大，有利于提高微小扭转变形量的测试 精度。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟 悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术 内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内 容，依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均 仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求一种构件刚度测试平台，包括构件(3)、激光器(4)、全反射镜M0、全反射镜M1、半反射镜M3、全反射镜M4、屏幕(5)，其特征在于所述构件(3)的固定端A0、自由端A1分别安装全反射镜M0、全反射镜M1，所述激光器(4)发出的激光光束分别通过全反射镜M4、半反射镜M3后分别将光束反射到全反射镜M0、全反射镜M4上，光束经过全反射镜M0、全反射镜M1反射后投射到屏幕(5)上形成光斑，所述构件(3)的自由端A1施加载荷，光束经过全反射镜M0、全反射镜M1反射后投射到屏幕(5)上形成光斑。
2.根据权利要求1所述的构件刚度测试平台，其特征在于所述构件(3)的自由端安 装拐臂(6)。
3.根据权利要求1所述的构件刚度测试平台，其特征在于所述的构件(3)为一端固定，另一端为自由的悬臂梁固定方式。
专利摘要本实用新型公开了一种构件刚度测试平台，其特征在于构件的两个端点分别安装全反射镜M0、全反射镜M1，激光器发出的激光光束分别通过全反射镜M4、半反射镜M3后分别将光束反射到全反射镜M0、全反射镜M1上，光束经过全反射镜M0、全反射镜M1反射后投射到屏幕上形成光斑A0′、A1′，由屏幕读取光斑A0′、A1′的坐标值。在构件的自由端施加载荷P以后，光束经过全反射镜M0、全反射镜M1反射后投射到屏幕上形成光斑A0″、A1″，由屏幕读取光斑A0″、A1″的坐标值，光斑A0″、A1″的坐标值分别减去光斑A0′、A1′坐标值，得到位移差值Δ0、Δ，位移差值Δ减去Δ0可求出全反射镜M1安装位置相对全反射镜M0安装位置的相对刚度，根据测得的位移差值可计算构件的弯曲或扭转刚度，该实用新型公开的测试平台测试精度高，可以测试微纳米量级的变形。
文档编号G01M5/00GK201666845SQ200920217839
公开日2010年12月8日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者徐曼琼, 蔺书田 申请人:清华大学