一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置及其静载加载方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置及其静载加载方法，属于结构动力学实验【技术领域】。本发明装置对测试对象四周利用夹具和基座实现其边界条件，利用强力弹力绳和质量轻且刚度高的材料制成的传力杆，将弹力绳的拉力转换为对被测结构件的压力。本静载加载方法现实可行，静载及其在振动过程中的误差可较精确地预测和测量，受热影响小，附加质量影响小，在振动环境中稳定性好，且对声场影响小。
【专利说明】一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置及其 静载加载方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于结构动力学实验【技术领域】，涉及一种基本结构件动力学实验装置及基 于该装置的静载加载方法，具体涉及一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置 及基于该装置的静载加载方法
【背景技术】
[0002] 工程结构的基本结构件，在热、静载、噪声/振动等共同作用下的动力学响应是诸 如机械、航空航天工程等领域所关注的问题。然而，其实验方法及测试手段存在着技术难 点，所施加的静载大小的确定、静载在噪声/机械激励等动载荷作用下下的稳定性、静载加 载装置所产生的附加质量、静载加载装置对热环境的敏感性、静载加载装置对声场的干涉 等问题严重影响着静载加载效果及实验结果的精度。
[0003] 因此，如何设计一种现实可行、稳定性好、实验结果准确性高，便于应用于热、振动 环境下基本结构件的静载加载方法对基本结构件的动力学实验具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置及其 静载加载方法，该实验装置适用于热、振动环境中，能够在噪声、机械激励等振动环境中保 持稳定，对被测件影响小，受热环境的影响小，对声场的干涉小；静载加载方法稳定性好、实 验结果准确性高，操作简单。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0006] -种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置，包括基座，在基座两侧对称 设有一组底座，底座上设有绞盘，两个绞盘之间固定有长度和角度可调的弹力绳；在基座上 设有热源，热源的两侧对称设有一组用于固定待测结构件的夹具，在待测结构件上垂直设 有传力杆，且传力杆设置于待测结构件的中线与两个底座连线的中垂线上，所述弹力绳的 中心紧绷于传力杆顶端；在待测结构件上方设有激振器和/或声源，激振器通过振动杆与 待测结构件相连。
[0007] 传力杆与待测结构件连接处设有力传感器。
[0008] 所述的热源为石英灯。
[0009] 传力杆所用材质为巴尔杉木。
[0010] 一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置的静载加载方法，包括以下 步骤：
[0011] 1)利用基座和夹具调整被测结构件的边界条件，将传力杆垂直于加载点处，将弹 力绳两端固定两个绞盘之间并通过绞盘绞动控制弹力绳伸长量，传力杆所在直线的交点位 于两个绞盘的连线中点；
[0012] 2)调整热源加热位置、激振器激励点位置及声源位置；
[0013] 3)根据实际实验中的具体要求，确定静载加载的三个相应系数Q、S和R;通过选 取适合的加载高度h、弹力绳拉力与伸长量之比k，求得相应系数S ;利用加载高度h和加载 点处最大振幅Λ h，求得相应系数Q ;由相关系数S和Q求得静载变化百分比e与相应系数 R的关系，然后根据实验要求的静载变化误差选取适合的R值；
[0014] 4)根据相应系数Q、S和R确定两个绞盘之间弹力绳的自由长度1，然后将两个绞 盘固定于加载点两侧对称处，根据传力杆高度和加载高度h调整绞盘高度，从而完成静载 加载；
[0015] 5)对静载加载进行检验，符合静载大小和稳定性要求后，将所选传力杆粘于静载 加载点处，将弹力绳拉起压在传力杆顶点上，进行实验。
[0016] 步骤3)所述的根据实际实验中的具体要求，确定静载加载的三个相应系数Q、S和 R，具体是通过以下步骤确定：
[0017] 步骤一：设定两个绞盘固定弹力绳的位置为A和B，A和B之间的距离为a，传力杆 所在直线与AB连线的交点为D，且D位于AB连线的中点处，传力杆顶点为C ;
[0018] 假设加载时弹力绳伸长量为λ 1，弹力绳拉力与伸长量之比为k，弹力绳与两个底 座连线形成的夹角为Θ，加载高度为h，则静态时压力表达式为：
【权利要求】
1. 一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置，其特征在于，包括基座（1)， 在基座（1)两侧对称设有一组底座（10)，底座（10)上设有绞盘（4),两个绞盘（4)之间固 定有长度和角度可调的弹力绳（5);在基座（1)上设有热源（3)，热源（3)的两侧对称设有 一组用于固定待测结构件（7)的夹具（2)，在待测结构件（7)上垂直设有传力杆（6)，且传 力杆（6)设置于待测结构件（7)的中线与两个底座（10)连线的中垂线上，所述弹力绳（5) 的中心紧绷于传力杆（6)顶端；在待测结构件（7)上方设有激振器（8)和/或声源（9)，激 振器（8)通过振动杆（11)与待测结构件（7)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置，其特 征在于，传力杆（6)与待测结构件连接处设有力传感器（12)。
3. 根据权利要求1所述的一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置，其特 征在于，所述的热源（3)为石英灯。
4. 根据权利要求1所述的一种用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置，其特 征在于，传力杆（6)所用材质为巴尔杉木。
5. 基于权利要求1?4中任意一项所述的用于热、振动环境中基本结构件动力学实验 装置的静载加载方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 利用基座和夹具调整待测结构件的边界条件，将传力杆垂直于加载点处，将弹力绳 两端固定两个绞盘之间并通过绞盘绞动控制弹力绳伸长量，传力杆所在直线位于两个绞盘 连线的中垂线上； 2) 调整热源加热位置、激振器激励点位置和/或声源位置； 3) 根据实际实验中的具体要求，确定静载加载的三个相应系数Q、S和R ;通过加载高度 h、弹力绳拉力与伸长量之比k，求得相应系数S ;利用加载高度h和加载点处最大振幅Λ h， 求得相应系数Q ;由相关系数S和Q求得静载变化百分比e与相应系数R的关系，然后根据 实验要求的静载变化误差选取适合的R值； 4) 根据相应系数Q、S和R确定两个绞盘之间弹力绳的自由长度1，然后将两个绞盘固 定于加载点两侧对称处，根据传力杆高度和加载高度h调整绞盘高度，从而完成静载加载； 5) 对静载加载进行检验，符合静载大小和稳定性要求后,将所选传力杆粘于静载加载 点处，将弹力绳拉起压在传力杆顶点上，进行实验。
6. 根据权利要求5所述的所述的用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置的静 载加载方法，其特征在于，步骤3)所述的根据实际实验中的具体要求，确定静载加载的三 个相应系数Q、S和R，具体是通过以下步骤确定： 步骤一：设定两个绞盘固定弹力绳的位置为A和B，A和B之间的距离为a，传力杆所在 直线与AB连线的交点为D，且D位于AB连线的中点处，传力杆顶点为C ; 假设加载时弹力绳伸长量为Λ 1，弹力绳拉力与伸长量之比为k，弹力绳与两个底座连 线形成的夹角为Θ，加载高度为h，则静态时压力表达式为：
则两绞盘间弹力绳的自由长度1表示为：
步骤二：假设在振动过程中的任一时刻，传力杆顶点由C点运动到了 C'点，位移为Λ h， 即弹力绳顶点高度变为h+Ah，由于本实验中为小挠度振动，故弹力绳的拉力与伸长量之比 仍然为k，弹力绳长度变化量表达为：
从而，板振动过程中任一时刻压力表达式变为：
步骤三：假设
，其中Q、R、S为相应系数，设计加载方 案时只需调整相应系数即可，则有： F〇 = 4Skh (5)；
则振动过程中任一时刻静载变化百分比为：
7.根据权利要求5所述的所述的用于热、振动环境中基本结构件动力学实验装置的静 载加载方法，其特征在于，步骤5)所述的加载静载进行检验是通过测力计和力传感器完成 的，具体操作是： 利用测力计将弹力绳从加载点处拉起至距两绞盘连线h处，得到所加静载的真实大 小，检验静载大小是否满足要求； 再选取一个传力杆，并在该传力杆底部粘贴一个力传感器，粘在加载点处，将弹力绳压 在该传力杆顶点，施加机械激励或声激励，通过力传感器监测静载变化情况，检验静载的稳 定性是否符合要求。
【文档编号】G01M13/00GK104251774SQ201410479705
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】李跃明, 王迪, 胡君逸, 耿谦 申请人:西安交通大学