一种曲板综合试验装置的制作方法

本申请属于飞机强度试验技术研究领域，特别涉及一种曲板综合试验装置。

背景技术：

曲板综合强度试验主要研究机身曲板的静力、疲劳及损伤容限等性能，并为机身壁板等结构的设计分析、结构优化及损伤修理等提供依据，在飞机机身机构的预先研究和型号验证中占有十分重要的地位。

为此，世界各国都在积极的研发曲板综合试验装置，但是，目前曲板综合试验装置至少存在如下不足：1、通过多个液压作动器在试件一端协调加载，力控的同时又有位移控制的要求，控制难度和风险较大；另外，试件局部无法模拟真实的变形过程；2、载荷施加具有局限性，例如无法实现对曲板施加端部剪切载荷、弯曲载荷、地板梁的拉伸、压缩和弯曲载荷。

技术实现要素：

为了解决上述至少一个技术问题，本申请提供了一种曲板综合试验装置。

本申请公开了一种曲板综合试验装置，包括试验件组件、三角形组件阵列、轴向及弯曲加载组件以及剪切加载组件，其中

所述试验件组件包括：

曲板状的试验件；

曲边加载接头，固定设置在所述试验件的曲边上；

直边蒙皮内侧接头和直边蒙皮外侧接头，共同设置在所述试验件的直边上，且所述直边蒙皮外侧接头的外侧翻边上装有直边剪切加载接头，另外，在所述试验件有框的位置处的直边蒙皮内侧接头上还具有一对分别布置在框两侧的框接头；

地板梁加载耳片，与所述试验件中h形地板梁连接；

地板梁加载接头，与所述试验件中l形地板梁连接；

所述三角形组件阵列包括：

多个三角形组件，设置在所述试验件底部，用于给试验件施加环向载荷；

多个地板梁加载三角形组件，每个所述地板梁加载三角形组件采用与所述三角形组件的相同结构，除此之外，还在顶部铰接有两个地板梁作动器，两个地板梁作动器又分别通过地板梁载荷传感器连接至地板梁加载耳片和地板梁加载接头，其中，地板梁加载三角形组件与三角形组件并列交错分布，用于给试验件施加环向载荷和地板梁拉伸、压缩、弯曲载荷；

所述轴向及弯曲加载组件包括：

水平设置的底座平台；

直线长导轨，固定设置所述底座平台上；

固定端梁，通过两根立柱设置在所述底座平台的一侧顶部；

固定端过渡段，一端与所述固定端梁连接，另一端与所述试验件组件一侧的曲边加载接头连接；

端部剪切作动器，一端铰接至所述立柱顶端，另一端连接有端部剪切载荷传感器；

活动端梁，通过底部的滑动组件滑动设置在所述直线长导轨上；

活动端过渡段，一端与所述活动端梁连接，另一端与所述试验件组件另一侧的曲边加载接头连接；

两个轴向作动器，水平并列铰接在所述固定端梁与所述活动端梁之间，且分布在所述试验件组件的径向两侧；

所述剪切加载组件包括：

承载框架，底部两端分别铰接至所述固定端过渡段与活动端过渡段顶部，且位于所述试验件组件顶部，其中，所述剪切载荷传感器端部铰接至所述承载框架的靠近所述活动端过渡段的一端；

合力杠杆，设置在所述承载框架上，顶端与相互连接的调节螺套和剪切合力传感器连接，底端与所述活动端过渡段铰接；

直边加载框架，固定设置在所述承载框架的两侧，用于对所述试验件的两直边施加方向相反的剪力；

拉杆组件，固定连接在所述承载框架与直边加载框架之间，以增加连接刚度。

根据本申请的至少一个实施方式，所述地板梁加载三角形组件和所述三角形组件均包括：

半三角形，其顶端设置有三角形接头，底部设置有转动单耳；

转动双耳，其顶部与两个所述半三角形的转动单耳铰接，且所述转动双耳的底部设置有滑块；

过渡支撑梁，其顶部设置有与所述转动双耳的滑块相适配的直线导轨，底部设置有与所述直线长导轨相适配的滑块，且所述转动双耳在直线导轨上的滑动方向垂直于所述过渡支撑梁在所述直线长导轨上的滑动方向；

环向均载器，一端与一个所述半三角形的竖直梁铰接，另一端通过环向载荷传感器与另一个所述半三角形的竖直梁铰接；其中，

所述地板梁加载三角形组件中的两个所述地板梁作动器是铰接在另一个所述半三角形的横梁上。

根据本申请的至少一个实施方式，所述环向均载器的一端通过一个环向均载器单耳与一个所述半三角形的竖直梁铰接，环向载荷传感器通过另一个环向均载器单耳与另一个所述半三角形的竖直梁铰接；

所述地板梁作动器的底部通过地板梁作动器高双耳铰接在另一个所述半三角形的横梁上，地板梁载荷传感器的顶部通过地板梁前双耳连接至地板梁加载耳片和地板梁加载接头。

根据本申请的至少一个实施方式，所述轴向及弯曲加载组件还包括：

l形梁，固定设置在所述立柱顶部，且所述l形梁上设置有双耳，其中，所述端部剪切作动器的一端与所述双耳连接；

依次设置在所述活动端梁两侧下方的过渡立柱和活动端三角梁；

支撑梁，设置在所述活动端三角梁的两侧下方，且设有可伸缩的支撑丝杠；

活动端下直梁，设置在所述活动端三角梁中部下方，且所述活动端下直梁的底部两侧分别设置有与所述直线长导轨相适配的滑动组件。

根据本申请的至少一个实施方式，所述滑动组件包括：

过渡支撑梁，其顶部设置有相适配的滑块和直线导轨，其底部设置有与所述直线长导轨相适配的滑块。

根据本申请的至少一个实施方式，所述轴向及弯曲加载组件还包括：

端面密封挡板，分别设置在所述固定端梁的底部以及所述活动端梁和活动端过渡段的底部。

根据本申请的至少一个实施方式，所述剪切加载组件中，所述承载框架包括：

两根平行设置的横梁，其中一根所述横梁两端连接有前角梁，另一根所述横梁两端连接有后角梁；

两根平行设置的直梁，所述直梁的一端固定连接至前角梁，另一端固定连接至同侧的后角梁；

端部剪切加载单耳，固定在后角梁上，用于与所述剪切载荷传感器铰接；其中

所述合力杠杆是设置在具有前角梁的所述横梁上。

根据本申请的至少一个实施方式，所述直边加载框架包括：

框式结构，由后梁、两个边梁及曲杠杆支梁构成；

多个前后梁拉杆，平行并列设置在后梁和曲杠杆支梁之间；

塔形件，其腰部和顶部分别装有塔腰单耳和塔顶单耳，所述塔腰单耳与边梁连接，所述塔顶单耳与纵杠杆直梁连接；

多个直边加载机构，均匀分布在所述框式结构中，用于对所述试验件的两直边施加方向相反的剪力。

根据本申请的至少一个实施方式，所述直边加载机构包括：

剪切均载器，一端通过剪切均载器后双耳固定在后梁上，另一端依次连接有剪切载荷传感器和剪切均载器前双耳；

曲杠杆，铰接在所述曲杠杆支梁上，且所述曲杠杆的一端与所述剪切均载器前双耳铰接，另一端设有内滑道；

直杠杆，其顶部通过滚轮系统滚动设置所述内滑道中，其底部双耳结构与所述试验件组件上的直边剪切加载接头相连，另外，所述直杠杆的中部开孔，孔内设置有相适配的滚动轴承和支点滚轮；

导向套，固定在纵杠杆直梁上，且所述导向套具有与所述直杠杆的支点滚轮相适配的内侧轨道。

根据本申请的至少一个实施方式，所述曲板综合试验装置还包括密封组件，所述密封组件包括：

由蜂窝板和聚四氟乙烯层接而成的蜂窝板聚四氟乙烯板组件，设置在所述三角形组件阵列顶部横梁上，且蜂窝板一侧朝向所述试验件；

气囊，设置在所述蜂窝板聚四氟乙烯板组件顶部与端面密封挡板底部之间形成腔体中。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的曲板综合试验装置，既可以单独施加拉伸/压缩、剪切、气密、弯曲、端部剪切、地板梁的拉伸/压缩、弯曲等载荷，还可进行以上任意载荷的联合加载，同时各个载荷的施加互不干涉。

附图说明

图1为本申请整体结构示意图；

图2为试验件组件100长桁面结构图；

图3为试验件组件100蒙皮面结构图；

图4为三角形组件阵列200结构结构图；

图5为地板梁加载三角形组件201结构图；

图6为三角形组件202结构图；

图7为轴向及弯曲加载组件300结构图；

图8为剪切加载组件400结构图；

图9为承载框架401结构图；

图10为直边加载框架402结构图；

图11为直边加载框架402隐去二级加载杠杆系统结构图；

图12为二级杠杆加载系统结构图；

图13为密封组件500示意图；

图14、图15为试验件101受力示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合图1-图15对本申请的曲板综合试验装置做进一步详细说明。

本申请公开了一种曲板综合试验装置，如图1所示，包括试验件组件100、三角形组件阵列200、轴向及弯曲加载组件300、剪切加载组件400。

具体的，如图2、图3所示，所述试验件组件100包括曲板状的试验件101，曲边加载接头102两两一组与试验件101的曲边通过若干的螺栓连接，用于施加轴向拉伸（或压缩）载荷、曲边剪切载荷、弯曲载荷及端部剪切载荷。

另外，试验件101的两个直边也布置了加载接头，直边蒙皮内侧接头103和直边蒙皮外侧接头108为一组，与试验件101直边通过若干个螺栓连接，用于施加与内部压力相平衡的环向拉伸载荷；直边蒙皮外侧接头108的外侧翻边上装有直边剪切加载接头109，用于施加剪切载荷。进一步，在有框的位置上，直边蒙皮内侧接头103上还装有一对分别布置在框两侧的框接头104，用于施加框端平衡载荷。

进一步，试验件101上有两种不同形式的地板梁，一种为h形，一种为l形。与h形相连的是地板梁加载耳片105和地板梁框盒106，其中地板梁加载耳片105用于施加用于给地板梁施加轴向拉伸（或压缩）及弯曲载荷，地板梁框盒106用于增加加载处的局部刚度，地板梁加载接头107与l形地板梁通过若干个螺栓相连，它的作用与地板梁加载耳片105相同。

如图4所示，所述三角形组件阵列200包括：地板梁加载三角形组件201和三角形组件202；地板梁加载三角形组件201安装于对应试验件101的地板梁位置，用于给试验件101施加环向载荷和地板梁拉伸、压缩、弯曲载荷。三角形组件202只是给试验件101施加环向载荷。

具体的，如图5所示，所述地板梁加载三角形组件201包括：三角形接头201a通过三侧面上的螺栓组与半三角形201b相连接，转动单耳201c通过法兰连接固定在半三角形201b的底部。转动双耳201d的下端圆柱体安装在转动支座201e内部，利用转动支座201内部的滚动轴承和止推轴承，使转动双耳201d可以绕转动支座（z轴）转动，转动单耳201c与转动双耳201d相铰接，因此两个半三角形组合可以分别绕x轴转动。转动支座201e的下端固定在滑块201g上，滑块201g可以沿直线导轨201f滑动、不约束试验件101受到端部剪切作用力时产生的横向（y向）位移，直线导轨201f固定在过渡支撑梁201h上、固定支撑梁的下端还装有两个滑块201g，这两个滑块安装在轴向及弯曲加载组件300中的长导轨302上，使地板梁加载三角形组件201具有轴向（x向）的自由度，不限制试验件101受拉伸或压缩作用力时产生的位移。

进一步，环向均载器单耳201i固定在半三角形201b的竖直梁上，环向均载器201j的后端与环向均载器单耳201i相铰接，环向载荷传感器201k的一端与环向均载器201j的活塞杆前端通过螺纹连接，另一端也通过螺纹连接与调节套杆201l相配合，环向均载器前双耳201m后端与调节套杆201l相连，前端与另一个环向均载器单耳201i相铰接，充压的同时环向均载器201j施加平衡推力，目的是使试验件101在受气压作用时变形协调，始终保持圆周曲率、直边附近不发生翘曲。

地板梁作动器矮双耳201n和地板梁作动器高双耳201r都固定在半三角形201b的横梁上，它们的高低尺寸不同只是为了使两根作动器的尺寸规格相一致，地板梁作动器201o的后端与两种作动器高矮双耳相铰接，前端活塞杆往前依次连接地板梁载荷传感器201p和地板梁前双耳201q，地板梁前双耳201q与试验件组件100上的地板梁加载耳片105或地板梁加载接头107相铰接，通过两根地板梁作动器201o输出的拉力或压力实现对试验件的加载。

如图6所示，所述202三角形组件的结构除了不包含地板梁作动器矮双耳201n、地板梁作动器201o、地板梁载荷传感器201p、地板梁前双耳201q、地板梁作动器高双耳201r之外，其余结构均与地板梁加载三角形组件201相同，此处不再赘述。

如图7所示，所述轴向及弯曲加载组件300包含底座平台301，直线长导轨302固定在底座平台301上，两根立柱303固定在底座平台301上用于支撑固定端梁304，并与固定端梁304采用多排螺栓连接；两根l形梁305固定在固定端梁304的两侧上端，端部剪切作动器306的后端与l形梁305上的双耳铰接，前端依次安装端部剪切载荷传感器307和端部剪切作动器前双耳308，端部剪切作动器前双耳308与剪切加载组件400中的端部剪切加载单耳401l相铰接，用于传递端部剪切载荷；加载时，两根作动器（即轴向作动器310）一个施加拉力、另一个施加推力，形成一个力矩，将端部载荷施加在剪切加载组件400上。

固定端过渡段309的一端通过双排螺栓固定在固定端梁304的前端，另一端与试验件组件100中的若干个曲边加载接头102相连，用于传递端部载荷（拉伸、压缩、弯曲、曲边剪切、端部剪切等）；固定端梁304的下面还安装了端面密封挡板311，用于试验件101的端平面密封，只承受气密载荷，不传递其他载荷。

活动端梁313、活动端过渡段312和端面密封挡板311的连接方式与上述固定端相同，不同的是，活动端梁313的两侧下方依次装有过渡立柱316、活动端三角梁318，活动端三角梁318的两侧下方装有支撑梁319；支撑梁319的作用是试验开始前用于支撑整个活动加载端，并有利于整套系统安装定位，试验开始后须收起底部的支撑丝杠；进一步，在活动端三角梁318的中部下方装有活动端下直梁320，活动端下直梁320的下端两侧各安装了滑动组件321（其具体结构与地板梁加载三角形组件201的下端相同部分相同，此处不再赘述），功能与地板梁加载三角形组件201的下端相同，前后两个一起使用，又增加了试验件101弯曲转动的自由度。

轴向作动器单耳座314分别安装在固定端梁304和活动端梁313上，并在水平和垂直方向上处于同一位置上；轴向作动器310的后端与轴向作动器单耳座314铰接，前端活塞杆上依次装有轴向载荷传感器317和轴向作动器双耳接头315，轴向作动器双耳接头315的前端与轴向作动器单耳座314铰接，这样两根轴向作动器310就安装在固定端梁304与活动端梁313之间；当两根作动器同时施加拉力时，试验件101受到压缩载荷的作用；同时施加推力时，试验件101受到拉伸载荷的作用；一推一拉时，试验件101就受到弯曲载荷的作用。

如图8所示，所述剪切加载组件400主要包含四个部分，承载框架401、直边加载框架402、拉杆组件403、起吊接头404；其中承载框架401两侧分别与一个直边加载框架402相连构成了该组件的主结构，拉杆组件403用于增加承载框架401与直边加载框架402的连接刚度，四个起吊接头404用于安装时的起吊等工作。

如图9所示，所述承载框架401包括：直梁401a、前角梁401b、前短梁401h、横梁401i、起吊接头401j、后角梁401k、后短梁401m，它们之间通过法兰两两连接组成一个框架结构；具体的，横梁401i数量为两根，平行设置，其中一根横梁401i两端连接有前角梁401b，另一根横梁401i两端连接有后角梁401k；直梁401a数量为两根，平行设置，其中，直梁401a的一端固定连接至前角梁401b，另一端固定连接至同侧的后角梁401k；端部剪切加载单耳401l固定在后角梁401k上，用于与剪切载荷传感器307铰接。

进一步，剪切合力载荷传感器后单耳401c固定在横梁401i上，剪切合力传感器双耳401d的一端与剪切合力载荷传感器后单耳401c铰接配合，另一端依次连有调节螺套401e、剪切合力传感器401f以及另外一个剪切合力载荷传感器后单耳401c；合力杠杆401g的中心处安装有关节轴承，利用销轴安装在前短梁401h的中心，关节轴承内外圈球面配合使合力杠杆401g可以绕中心点360°转动，它的上下两端分别与剪切合力载荷传感器后单耳401c和活动端过渡段312相铰接。

转动支撑双耳401n利用两个螺栓固定在后短梁401m上，双耳中心孔与固定端过渡段309上端的中心孔相配合，使整个框架可以绕配合中心360度转动。端部剪切加载单耳401l固定在后角梁401k上，与端部剪切作动器前双耳308相连，用于施加端部剪切载荷。

进一步，如图10、图11所示，为了使框架结构清晰可见，图11隐藏了部分加载机构，所述直边加载框架402包括：后梁402a与两个边梁402c及曲杠杆支梁402g组成了一个框式结构，并在后梁402a和曲杠杆支梁402g之间安装了若干个前后梁拉杆402b，用于增加框架刚度；两个塔形件402f的腰部和顶部分别装有塔腰单耳402d和塔顶单耳402e，塔腰单耳402d与边梁402c相连，塔顶单耳402e与纵杠杆直梁402h相连。

如图12所示，为了更详细介绍直边加载框架402内部加载机构，单独把该组件分离了出来，该组件有若干个，具体数量取决于试验件101的长度尺寸及剪切载荷的大小。具体的，剪切均载器后双耳402i固定在后梁402a上，并与剪切均载器402j的后端铰接配合，剪切均载器402j的活塞杆前端依次装有剪切载荷传感器402k和剪切均载器前双耳402l，曲杠杆402m的中心孔内装有关节轴承，利用轴销将曲杠杆402m固定在曲杠杆支梁402g上，曲杠杆402m的后端孔内装有轴承、与剪切均载器前双耳402l铰接，另一端加工了一个内滑道，交点关节轴承402n和交点滚轮402o组成了一个滚轮系统，安装在直杠杆402t的上端，并可以沿着内滑道滚动。

直杠杆402t的中心孔内装有关节轴承402s，通过支点轴402p的串联，沿着孔中心向外侧对称装有滚动轴承402r和支点滚轮402q，滚动轴承402r安装在支点滚轮402q的内侧，这样可以减小支点滚轮402q在导向套402u内滚动的摩擦力；支点滚轮402q可以沿导向套402u内侧轨道滚动，导向套402u安装在纵杠杆直梁402h上，这样使剪切作动器402j输出的拉力经过两级杠杆转换为沿着试验件101直边的剪切力，直杠杆402t的下端双耳结构与试验件组件100上的直边剪切加载接头109相连，将剪切载荷施加在试验件101的直边。曲杠杆402m和直杠杆402t转动中心处的关节轴承、以及支点滚轮402q和导向套402u保证了该系统加载的同时不约束试验件各个方向的位移。

其中，两侧直边加载框架402对试验件101两直边施加大小相等，方向相反的剪力，受到反力的作用剪切加载组件400整体产生绕固定端过渡段309上端连接孔中心转动的趋势，由力矩的平衡可知，试验件101的两端曲边必然受到承载框架401施加的大小相等、方向相反的载荷。

如图13所示，本申请的曲板综合试验装置还包括密封组件500；具体的，密封组件500包含了气球布、帆布等围成的气囊以及各种规格的蜂窝板聚四氟乙烯板组件，蜂窝板与聚四氟乙烯板之间采用胶接与铆钉的混合连接方式，并使蜂窝板朝向试验件101的一侧，蜂窝板主要用于承受气压并与两个端面密封挡板311形成一个腔体，用于支撑气囊。聚四氟乙烯板朝向半三角形201b的斜梁与横梁，利用聚四氟乙烯之间摩擦系数低的特点降低聚四氟乙烯板组件与三角形之间的摩擦力。

综上所述，本申请的曲板综合试验装置，既可以单独施加拉伸/压缩、剪切、气密、弯曲、端部剪切、地板梁的拉伸/压缩、弯曲等载荷，还可进行以上任意载荷的联合加载，同时各个载荷的施加互不干涉。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。