一种模拟车辆碰撞的落锤冲击试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于车辆碰撞测试技术领域，具体涉及一种针对试件施加模拟车辆撞击的落锤冲击试验装置。
【背景技术】
[0002]工程结构在服役过程中，不可避免的会遭受各种可能的偶然性冲击荷载作用，如车辆的碰撞。地下车库、多层停车场以及车流量大的临街建筑底层的承重柱易遭受车辆撞击(事故性碰撞或恶意撞击)，城市立交桥及高速公路跨线桥桥墩遭受车辆撞击的事件更是屡见报道。这些荷载在一些重要的和有特殊要求的结构设计中需要加以考虑。在研宄结构构件抗车辆冲击动态力学性能中，实车碰撞试验成本高昂，获取的信息有限，而落锤冲击加载安全可控，重复性好，故在实验室条件下对试件进行落锤冲击加载试验是研宄其抗冲击动力响应很好的选择。
[0003]不过常规的落锤冲击加载试验往往是刚性冲击，采用刚性锤头模拟车辆碰撞，接触刚度过大，与实际车辆碰撞过程中车身会产生变形及溃缩现象不符。此外，在刚性冲击接触瞬间，试件碰撞接触区域的应变率过高，相对于实际车辆碰撞时，试件材料处于非真实的受力状态，局部的损伤破坏与动态受力特性均与实际情况不符。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于:针对常规的落锤冲击加载试验装置不能有效模拟车辆碰撞荷载的缺陷，提供一种新型的模拟车辆碰撞的落锤冲击试验装置，能够实现车辆在碰撞过程中的溃缩变形及有效模拟试件和材料真实的受力状态。
[0005]本发明采用如下技术方案实现:一种模拟车辆碰撞的落锤冲击试验装置，包括可模拟车辆碰撞溃缩的落锤2 ;所述落锤2包括可溃缩锤头20和配重承台23，其中可溃缩锤头20用于撞击试件并传递撞击力，所述配重承台23用于设置配重块24 ;所述可溃缩锤头20通过滑移结构与配重承台23同轴装配，并在所述可溃缩锤头20和配重承台23之间设有溃缩弹簧22，所述溃缩弹簧22端部通过力传感器21与可溃缩锤头20或配重承台23连接；模拟撞击的试验柱5两端分别在试验承台3上根据需要的边界条件约束固定，所述落锤2整体通过升降机构起吊，并对试验柱5的待加载部位进行自由落体撞击试验。
[0006]进一步的，所述可溃缩锤头20和配重承台23之间的滑移结构为滑槽23a以及滑动插装在滑槽内的滑动凸起20a，所述配重承台23底部或可溃缩锤头20的顶部开设轴向的盲孔作为滑槽23a，滑动连接的另一部件上通过力传感器21刚性连接柱体作为滑动凸起20ao
[0007]进一步的，所述溃缩弹簧22套装在滑动凸起20a上，溃缩弹簧22 —端与滑动凸起上刚性固定的力传感器21接触，另一端与滑槽23a端面抵接。
[0008]进一步的，所述落锤2还包括有自锁机构27，所述自锁机构27包括两个自锁块，所述自锁块中间位置分别通过转动销27c实现可转动设置，自锁块的一端分别连接至一压缩的预紧弹簧28两端，将自锁块的另一端压紧抵接在一起；所述自锁机构27对称设置在可溃缩锤头20和配重承台23之间的滑移结构两侧，其中，所述滑动凸起20a上设有限位销钉26，所述滑槽23a的侧面设有轴向的限位槽29，所述限位销钉26嵌装在限位槽29内并部分伸出限位槽，所述自锁机构27的自锁块对称设置在限位槽29的两侧，两个自锁块构成“V”形，其尖端朝向锤头溃缩方向，自锁块的顶端抵接位置位于限位槽的中线上，与限位槽29内滑动的限位销钉26接触。
[0009]在本发明中，所述配重块24通过拉紧螺栓叠加固定在配重承台23上，最上方的配重块24设有活动吊环25，用于起吊落锤整体。
[0010]在本发明中，所述落锤2配有导轨架I，所述导轨架I内侧设有竖直方向的锤头导轨10，所述落锤2的配重承台23、配重块24及可溃缩锤头的侧边均具有限位块，所述限位块嵌装在锤头导轨10中沿导轨下落。所述配重块、配重承台以及可溃缩锤头均卡入所述锤头导轨中，确保滑落过程安全可控。
[0011]进一步的，所述锤头导轨10的底部为可拆卸的活动导轨11，对活动导轨11进行拆卸，可对落锤进行调整。
[0012]进一步的，所述导轨架I的顶部设有固定吊环12，钢索绕过固定吊环与配重块上方的活动吊环25吊挂，通过固定吊环对落锤整体进行升降。
[0013]在本发明中，所述试验柱5端部通过支座约束装置4固支或铰支在试验承台3上，可根据具体的试验需要采用固支或铰支或固支/铰支组合使用。
[0014]进一步的，所述支座约束装置4包括支座盖板41和支座紧固螺栓42，所述支座盖板41通过支座紧固螺栓42将试验柱5的端部与试验承台3拉紧固定。
[0015]可溃缩锤头、力传感器、配重承台、配重块、溃缩弹簧及自锁机构共同组成本发明的落锤，通过提升机构提升落锤，实现了将额定配重的落锤提升至指定高度，通过落锤上的可溃缩锤头实现锤头溃缩功能，模拟车辆碰撞过程中发生的变形，利用自锁机构的动作，实现可溃缩锤头在冲击发生后的限位，避免溃缩过后，弹簧的弹性势能不可控释放对试验测试的影响，提高试验精度。
[0016]落锤做自由落体下落，当可溃缩锤头接触到试验柱后，可溃缩锤头和配重承台之间的滑移结构发生相对滑动，结合溃缩弹簧的压缩过程，模拟汽车碰撞过程保险杠的溃缩变形过程，随着锤头冲击力的进一步增长，溃缩量的不断增长，可溃缩锤头上部滑动凸起与配重承台的滑槽顶面刚性触底后，模拟车辆碰撞过程中底盘与发动机对试验柱的刚性碰撞，滑移结构在相对滑移过程中，限位销钉沿限位槽将自锁机构的自锁块抵接端顶开，限位销钉越过自锁块的抵接位置后，自锁块在预紧弹簧的弹力作用下，重新抵接锁紧，并将限位销钉顶在自锁块上方，防止压缩后的溃缩弹簧回弹，此时溃缩弹簧上存储的弹性势能不能释放，避免了因弹性势能不可控的释放对测试数据产生干扰。在整个测试过程中，锤头冲击力由力传感器测得，试验柱的扰度、加速度等信息由外部传感器测得。
[0017]由上所述，本发明针对常规的落锤试验机进行改进，配置可溃缩的锤头，实现了通过落锤试验模拟车辆撞击的测试，试验过程中能真实模拟车辆冲击荷载，试验精度高，试验过程安全可靠，并且试验锤头可重复测试，成本远低于常规的实车碰撞试验，可在结构抗车辆冲击试验以及车辆生产及研发领域进行推广。
[0018]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的落锤冲击试验装置的整体示意图。
[0020]图2为本发明中的导轨架和落锤的安装示意图。
[0021]图3为图2中的A向剖视图，为导轨架与锤头导轨的示意图。
[0022]图4为本发明中的落锤正视图。
[0023]图5为本发明中的落锤分解示意图。
[0024]图6为本发明中的自锁机构示意图。
[0025]图7为本发明的可溃缩锤头的刚度曲线示意图。
[0026]图中标号:
[0027]1-导轨架，10-锤头导轨，11-活动导轨，12-固定吊环，
[0028]2-落锤，20-可溃缩锤头，20a-滑动凸起，21-力传感器，22-溃缩弹簧，23-配重承台，23a-滑槽，23b-承台限位块，24-配重块，24a-配重限位块，25-活动吊环，26-限位销钉，27-自锁机构，27a-第一自锁块，27b-第二自锁块，27c-转动销，28-预紧弹簧，29-限位槽，
[0029]3-试验承台，
[0030]4-支座约束装置，41-支座盖板，42-支座紧固螺栓，43-支座辊轴，
[0031]5-试验柱。
【具体实施方式】
[0032]实施例
[0033]参见图1和图2，一种模拟车辆碰撞的落锤冲击试验装置，包括导轨架1、落锤2、配重承台3、支座约束装置4，落锤2与升降机构连接，通过导轨架I提升，结合参见图3，导轨架的内侧设有竖直的锤头导轨10，混凝土的试验柱5两端通过支座约束装置4支撑在试验承台3上，试验柱5的中间段架设与落锤2的正下方，通过落锤2沿锤头导轨10做自由落体与试验柱5中部发生碰撞进行试验。
[0034]具体参见图4和图5，落锤2可模拟车辆碰撞溃缩的过程，包括可溃缩锤头20和配重承台23，其中可溃缩锤头20用于撞击试件并传递撞击力，配重承台23用于设置配重块24，配重块24通过拉紧螺栓叠加固定在配重承台23上，最上方的配重块24设有活动吊环25，用于起吊落锤整体，对应的，导轨架I的顶部设有固定吊环12，升降机构连接的钢索绕过固定吊环与配重块上方的活动吊环25吊挂，通过固定吊环对落锤整体进行升降。可溃缩锤头20通过滑移结构与配重承台23同轴装配，并在可溃缩锤头20和配重承台23之间设有溃缩弹簧22，溃缩弹簧22端部通过力传感器21与可溃缩锤头20或配重承台23连接；模拟撞击的试验柱5两端分别固定支撑在试验承台3上并约束固定，落锤2整体通过升降机构起吊，并对试验柱5的中间部位进行自由落体撞击试验。
[0035]对应图3中的导轨架的锤头导轨10，落锤2的配重承台23侧边设有承台限位块23b，配重块24的侧边设有配重限位块24b，可溃缩锤头20的侧边也设置成限位块状的扁长型，所有限位块均嵌装在锤头导轨10中沿导轨下落，配重块、配重承台以及可溃缩锤头均卡入锤头导轨中，确保滑落过程安全可