专利名称：一种四点弯曲柔性支持装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合材料弯曲试验装置，具体是一种四点弯曲柔性支持装置。 现有技术目前，聚合物基复合材料弯曲性能的测试方法采用三点弯曲或四点弯曲试验方 法,如ASTM D 7264M-07、ASTM D 790-03、GB/T 3356-1999等，一般将试验件支持在两个支 座上，在跨距中央用一个加载头或两个加载头加载，加载头与试样接触，传递压缩载荷并对 试样施加均勻法向位移，支座与试验件接触，限制其法向位移。但是对于非对称/非均衡层 压复合材料，由于存在弯曲_扭转耦合变形，如果采用现有的弯曲试验标准，加载头和支座 完全限制了试样的扭转耦合变形，并给试验件传入不希望的附加载荷，这样难以获得非对 称/非均衡复合材料层压板完整的弯曲性能。
发明内容为克服现有技术中存在的由于加载头和支座的作用，在非对称/非均衡层压复合 材料的弯曲试验中难以获得层压板完整弯曲性能的步骤，本发明提出了一种四点弯曲柔性 支持装置。本发明包括四元缸体、U型导管、活塞、耳叉、刀口、缸盖、堵帽组合件、杠杆横梁和 底座，其中，一对四元缸体组合件固定在底座上，另一对四元缸体组合件固定在杠杆横梁 上；四元缸体组合件中的每对四元缸体之间通过U型导管连接。四元缸体组合件包括四元缸体、活塞、耳叉、刀口、四个缸盖、堵帽组合件、直通管 接头、油腔底部堵帽和滚动轴承，其中，活塞的活塞头位于四元缸体的油腔内，活塞的活塞 杆与耳叉连接；直通管接头安装在四元缸体两侧；油腔底部堵帽位于四元缸体底部的油腔 孔内；刀口插入耳叉的两耳之间，并通过螺栓将刀口与耳叉连接；螺栓位于滚动轴承内；滚 动轴承安装在刀口的连接孔内。四元缸体有四个纵向贯通的油腔，并且相邻油腔之间的上部和下部均通过油孔连 通；两侧的油腔壁上有直通管接头的安装孔；油腔一端为内螺纹孔；在四元缸体的顶面四 个油腔口两侧分布有连接孔；在四元缸体底部有延伸出的固定板；四个油腔底部堵帽装入 四元缸体底部的四个螺纹孔中，油腔底部堵帽与油腔之间采用金属密封垫圈密封。活塞长度略长于油腔高度；环活塞头圆周表面有三条V形槽；活塞端部有外螺纹。 堵帽组合件包括堵头、外套螺母和钢丝挡圈组成，其中，环堵头的小直径端的圆周有钢丝挡 圈的安装槽，并将钢丝挡圈安放在该安装槽内；外套螺母套装在堵头的大直径端；堵头大 直径端端面中心有锥形孔，并且该锥形孔的锥度同直通管接头锥形头的锥度。缸盖中部有活塞孔，并且活塞孔的位置与油腔对应；缸盖的一端端面的中心有轴 向凸出的凸台，该凸台的外径同油腔的内径。U型导管组合件包括U型导管、平管嘴和外套螺母；U型导管两端为锥形孔，平管嘴 套在U型导管上，外套螺母套在平管嘴上；U型导管的喇叭口与直通管接头的锥形头贴合。U型导管与平管嘴之间为间隙配合，平管嘴与外套螺母之间采用间隙配合；平管嘴的锥形孔 与U型导管一端喇叭口的外表面贴合。本发明采用平管嘴和外套螺母作为连接件。其中，平管嘴的内孔为等径孔，一端内 孔为锥形；平管嘴的内径同被连接件的外径，平管嘴的外径同外套螺母的内径。外套螺母7 的内孔为阶梯状，并且阶梯孔的内径分别同所配合的零件的外径。本发明采用液压油均勻载荷，在试验机加载时，载荷通过刀口、耳叉、活塞传到缸 体的油中，由于缸体的油是连通的，所以四个小油腔中的油传递到试验件上压力是相等的， 随试验件的扭曲变形四个小油腔中油面高低不同，由于油压处处相等，这样可实现均勻加 载。由于试验件发生扭转变形，在刀口长度范围内试验件的挠度不同，这种差别可通过刀口 绕螺栓杆的转动来实现，这样刀口既可随活塞上下移动而上下平动又可绕螺栓杆转动，实 现柔性加载。柔性四点弯曲支持装置使非对称/非均衡复合材料层压板产生明显的扭转耦合 变形，表现在试件测量点的载荷 应变曲线上。采用柔性四点弯曲装置，非对称/非均衡复 合材料层压板产生弯曲正应变的同时也产生一定的剪应变，且剪应变上下表面符号相反， 说明试验件有扭曲变形。而采用常规四点弯曲装置，非对称/非均衡复合材料层压板上只 产生弯曲正应变，几乎测不到剪应变，说明常规四点弯曲试验基本上限制了非对称/非均 衡层压板试验件的扭曲变形。图1和图2为采用两种试验支持装置试验件测量点的载荷 应变曲线，其中Ell表示正应变，其中E12表示剪应变。从非对称/非均衡复合材料层压板弯扭耦合系数测量角度来说，用本发明能够测 量非对称/非均衡复合材料层压板的弯扭耦合系数，两个试验件测量值与理论值的平均误 差为25. 1%。采用常规四点弯曲支持装置几乎测不到非对称/非均衡复合材料层压板的弯 扭耦合系数，两个试验件测量值与理论值的平均误差为89. 6%。图3和表1为两种试验支 持装置弯扭耦合系数的测量结果的对比。本发明消除了常规四点弯曲支持装置对试验件的约束，使非对称/非均衡复合材 料层压板产生明显的扭转耦合变形，用于非对称/非均衡复合材料层压板弯曲性能的测 试，具有结构简单和操作方便的特点。
附图1是采用柔性支持装置试件测量点载荷 应变曲线图；附图2是采用常规支持装置试件测量点载荷 应变曲线图；附图3是两种支持装置弯扭耦合系数的测量结果；附图4是四点弯曲柔性支持装置结构示意图；附图5是四点弯曲柔性支持装置结构示意图(侧视)；附图6是四元缸体组合件结构示意图(主视)；附图7是四元缸体组合件结构示意图(侧视)；附图8是四元缸体结构示意图(主视)；附图9是四元缸体结构示意图(俯视)；附图10是四元缸体结构示意图(侧视)；附图11是活塞结构示意4[0026]附图12是活塞的局部放大示意图[0027]附图13是缸盖结构示意图(主视)；[0028]附图14是缸盖结构示意图(俯视)；[0029]附图15是耳叉结构示意图(主视)；[0030]附图16是耳叉结构示意图(侧视)；[0031]附图17是刀口结构示意图(主视)；[0032]附图18是刀口结构示意图(侧视)；[0033]附图19是堵帽组合件结构示意图；[0034]附图20是堵头结构示意图；[0035]附图21是外套螺母结构示意图；[0036]附图22是钢丝挡圈结构示意图；[0037]附图23是直通管接头结构示意图；[0038]附图24是U型导管组合件示意图；[0039]附图25是平管嘴结构示意图；[0040]附图26是油泵过渡接头装配示意图。[0041]1.杠杆横梁 2.四元缸体 3.
7.外套螺母8.底座 9.螺栓 型导管 14.油泵过渡接头15.
其中 活塞 10.堵帽组合件 油腔底部堵帽
4.耳叉
11.螺栓 16.密封垫圈5.
刀口
12试件 17.
6.缸盖 13. U 橡胶垫圈
18.螺钉
24.直导管
19.滚动轴承20. 25.油嘴
直通管接头 21.钢丝挡圈 22.堵头 23.平管嘴
具体实施方式
本实施例是一种四点弯曲柔性支持装置，包括四元缸体2、U型导管13、活塞3、耳 叉4、刀口 5、缸盖6、堵帽组合件10、杠杆横梁1、底座8等，如图4所示。其中如图6、图7所示，四元缸体组合件包括四元缸体2、活塞3、耳叉4、刀口 5、缸盖6、 堵帽10、直通管接头20、油腔底部堵帽15、密封垫圈16、橡胶垫圈17、螺钉18、滚动轴承19， 其中如图8、图9、图10所示，四元缸体2有四个纵向贯通的油腔，并且相邻油腔之间 的上部和下部均通过油孔连通，形成了油腔回路；两侧的油腔壁上有直通管接头20的安装 孔；油腔底端为螺纹孔，在四元缸体2的顶面四个油腔口两侧分布有连接孔；在四元缸体2 底部有延伸出的固定板。如图6、图7所示，将四个油腔底部堵帽15装入四元缸体2底部的四个螺纹孔中， 油腔底部堵帽15与油腔之间采用金属密封垫圈16密封；将直通管接头20螺纹端装入四元 缸体2前端和后端的螺纹孔中，两者之间采用金属密封垫圈16密封。如图11所示，活塞3为台阶状圆形杆，长度略长于油腔高度。环活塞头圆周表面 有三个V形槽，以便储油，减小活塞根部与油腔之间的摩擦力；活塞杆端部有外螺纹，以便 与耳叉4连接。如图12、图13所示，缸盖6为中空回转体。缸盖6中心有活塞的过孔，在活塞过孔 周边有连接孔。缸盖6的一端端面的中心有轴向凸出的凸台，该凸台的外径同油腔的内径；环凸台的外圆周有U形密封槽，环活塞过孔内表面亦有U形密封槽；橡胶垫圈17位于U形 密封槽内。如图6、图7所示，将缸盖6置于四元缸体2的顶面，用螺钉18连接固定，缸盖6 与活塞3之间为间隙配合，缸盖6与油腔壁之间为间隙配合。缸盖6的数量同油腔的数量。如图6、图7所示，活塞3的活塞杆端部与耳叉4底部通过螺纹连接。将刀口 5置 于耳叉4的两耳之间，并通过螺栓11将刀口 5与耳叉4连接；在螺栓11和刀口 4之间装入 滚动轴承19，以保证刀口绕螺栓杆灵活转动。将活塞头置于油腔中，并且活塞头与油腔壁之 间间隙配合。如图18所示，堵帽组合件10由堵头22、外套螺母7、钢丝挡圈21组成。如图19 所示，堵头22为回转体，其外圆周为阶梯状。环堵头22的小直径端的圆周有钢丝挡圈21 的安装槽，堵头22大直径端端面中心有一锥形孔；将堵头22套进外套螺母7，钢丝挡圈21 装入安装槽中，这样堵头22就不会从外套螺母7中掉出来。如图6、图7所示，堵帽组合件 10与直通管接头20连接时，堵头22的锥形孔与直通管接头20的锥形头贴合，拧紧外套螺 母7，两个圆锥面接触而起到密封作用。如图23所示，U型导管组合件由U型导管13、平管嘴23、外套螺母7组成，U型导 管13为圆型中空管，两个口做成喇叭状，装上平管嘴23和外套螺母7，U型导管与平管嘴之 间、平管嘴与外套螺母之间均为间隙配合。如图5所示，U型导管13的喇叭口内表面与直 通管接头20的锥形头贴合，并拧紧外套螺母7固紧；平管嘴23的锥形孔与U型导管13喇 叭口的外表面贴合。本实施例中，采用平管嘴23和外套螺母7作为连接件。其中，平管嘴23为中空薄 壁壳体。平管嘴23外圆周为阶梯状；平管嘴23的内孔为等径孔，一端内孔为锥形。平管嘴 23的内径同被连接件的外径，平管嘴23的外径同外套螺母7的内径。外套螺母7为中空薄 壁壳体，其内孔为阶梯状，并且阶梯孔的内径分别同所配合的零件的外径。如图25所示，油泵过渡接头14包括油嘴25、直导管24、平管嘴23和外套螺母7。 直导管24为圆型中空管，两个口做成喇叭状，装上平管嘴23和外套螺母7，直导管与平管嘴 之间为间隙配合，平管嘴与外套螺母之间采用间隙配合；如图5所示，油泵过渡接头与直通 管接头20连接时，直导管24的喇叭口与直通管接头20的锥形头贴合，拧紧外套螺母7。如图4、图5所示，底座8上表面中心有一倒T形槽，将四个螺栓9置于倒T形槽 中，将两个四元缸体组合件按试验要求放置在底座8上，用螺栓9固定；将活塞3压到底部， 拧开四元缸体2下堵帽组合件10，将U型导管13与缸体连接起来。使用时，拧开其中一个四元缸体2的下堵帽组合件10，插入油泵过渡接头14，通过 手动油泵向连通的四元缸体2注入67#液压油，注油的同时，将另一个四元缸体2上堵帽组 合件10放松，以便排气。注完油后，去掉油泵过渡接头14，拧上堵帽组合件10。将杠杆横梁1平放在工作台上，将四个螺栓9置于杠杆横梁的倒T形槽中，将另外 两个四元缸体组合件根据试验要求放置在杠杆横梁1上，并用螺栓9固定；将活塞3压到底 部，拧开四元缸体2的下堵帽组合件10，将U型导管13与缸体连接起来，拧开其中一个四元 缸体2的下堵帽组合件10，插入油泵过渡接头14，并注入液压油。注完油后，去掉油泵过渡 接头14，拧上堵帽组合件10。如图4所示，通过杠杆横梁1顶面的螺纹孔，将四元缸体组合件与试验机的上夹头 连接；底座8直接放置在试验机的平台上。[0057]本发明的工作过程是将试件置于上下四元缸体组合件的刀口 5之间，试验机加 载，杠杆横梁1向下运动，底座8静止不动，这样上四元缸体组合件向下运动，下四元缸体组 合件不动，使得上下刀口 5与试件12接触，刀口 5承受接触载荷，载荷通过耳叉4、活塞3传 到四元缸体2的油中，由于四元缸体2的油是连通的，并且左右两个缸体通过U型导管13 连通，油腔中的油反作用到试件12上的压力在各个接触点是相等的，实现均勻加载；由于 试件12发生扭转变形，刀口 5与试件12接触，随试件12变形，刀口 5通过滚动轴承19绕 螺栓11转动，这样刀口 5就不会限制试件12的扭转变形，实现柔性加载。表1弯扭耦合系数测试结果
权利要求一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，所述的四点弯曲柔性支持装置包括四元缸体(2)、U型导管(13)、活塞(3)、耳叉(4)、刀口(5)、缸盖(6)、堵帽组合件(10)、杠杆横梁(1)和底座(8)，其中，一对四元缸体组合件固定在底座(8)上，另一对四元缸体组合件固定在杠杆横梁(1)上；四元缸体组合件中的每对四元缸体(2)之间通过U型导管(13)连接；四元缸体组合件包括四元缸体(2)、活塞(3)、耳叉(4)、刀口(5)、四个缸盖(6)、堵帽组合件(10)、直通管接头(20)、油腔底部堵帽(15)和滚动轴承(19)，其中，活塞(3)的活塞头位于四元缸体(2)的油腔内，活塞(3)的活塞杆与耳叉(4)连接；直通管接头(20)安装在四元缸体(2)两侧；油腔底部堵帽(15)位于四元缸体(2)底部的油腔孔内；刀口(5)插入耳叉(4)的两耳之间，并通过螺栓(11)将刀口(5)与耳叉(4)连接；螺栓(11)位于滚动轴承(19)内；滚动轴承(19)安装在刀口(4)的连接孔内。
2.如权利要求1所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，四元缸体(2)有四个纵 向贯通的油腔，并且相邻油腔之间的上部和下部均通过油孔连通；两侧的油腔壁上有直通 管接头(20)的安装孔；油腔一端为内螺纹孔；在四元缸体(2)的顶面四个油腔口两侧分布 有连接孔；在四元缸体(2)底部有延伸出的固定板；四个油腔底部堵帽(15)装入四元缸体 ⑵底部的四个螺纹孔中，油腔底部堵帽(15)与油腔之间密封。
3.如权利要求1所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，活塞(3)长度略长于油 腔高度；环活塞头圆周表面有三条V形槽；活塞杆端部有外螺纹。
4.如权利要求1所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，堵帽组合件(10)包括 堵头(22)、外套螺母(7)和钢丝挡圈(21)组成，其中，环堵头(22)的小直径端的圆周有钢 丝挡圈(21)的安装槽，并将钢丝挡圈(21)安放在该安装槽内；外套螺母(7)套装在堵头 (22)的大直径端；堵头(22)大直径端端面中心有锥形孔，并且该锥形孔的锥度同直通管接 头(20)锥形头的锥度。
5.如权利要求1所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，缸盖(6)中部有活塞杆 孔，并且活塞杆孔的位置与油腔对应；缸盖(6)的一端端面的中心有轴向凸出的凸台，该凸 台的外径同油腔的内径。
6.如权利要求1所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，U型导管组合件包括U 型导管(13)、平管嘴(23)和外套螺母(7) ；U型导管两端为锥形孔，平管嘴(23)套在U型导 管(13)上，外套螺母(7)套在平管嘴(23)上；U型导管(13)的喇叭口与直通管接头(20) 的锥形头贴合。
7.如权利要求6所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，U型导管(13)与平管 嘴(23)之间为间隙配合，平管嘴与外套螺母(7)之间采用间隙配合；平管嘴(23)的锥形孔 与U型导管(13) —端喇叭口的外表面贴合。
8.如权利要求6所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，平管嘴(23)的内孔为 等径孔，一端内孔为锥形；平管嘴(23)的内径同被连接件的外径，平管嘴(23)的外径同外 套螺母(7)的内径。
9.如权利要求6所述一种四点弯曲柔性支持装置，其特征在于，外套螺母(7)的内孔为 阶梯状，并且阶梯孔的内径分别同所配合的零件的外径。
专利摘要一种四点弯曲柔性支持装置，两对四元缸体组合件分别固定底座(8)和杠杆横梁(1)上。四元缸体(2)之间通过U型导管(13)连接。四元缸体(2)相邻油腔之间有通孔；活塞(3)一端位于四元缸体(2)的油腔内，另一端与耳叉(4)连接。堵帽组合件(10)安装在四元缸体(2)两端。刀口(5)插入耳叉(4)的两耳之间，并通过螺栓(11)将刀口(5)与耳叉(4)连接；螺栓(11)位于滚动轴承(19)内；滚动轴承(19)安装在刀口(4)的连接孔内。本实用新型消除了现有技术对试验件的约束，使非对称/非均衡复合材料层压板产生明显的扭转耦合变形，用于测量非对称/非均衡复合材料层压板的性能，具有结构简单和操作方便的特点。
文档编号G01N3/02GK201681016SQ20092024576
公开日2010年12月22日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者关德新, 刘西林, 张阿盈, 柴亚南, 王力立 申请人:中国飞机强度研究所