专利名称：监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置。
背景技术：
轴心受压的圆柱壳结构广泛地应用于土木、机械、船舶、化工、航空与宇航等各类 工程领域，日常研究主要包括筒仓、塔桅、烟囱及容器等。这些圆柱壳结构在轴压作用下容 易发生轴压屈曲失效。已有的研究表明，圆柱壳的轴压屈曲对壳表面存在的初始几何缺陷 十分敏感，缺陷型式和幅值的任意变化都将使得结构的轴压屈曲临界载荷发生改变，在计 算这类结构的屈曲临界载荷时就必须考虑初始几何缺陷的分布形式和幅值。但由于初始几 何缺陷的形式具有复杂多样性，难以准确地定量描述，所以初始几何缺陷对这类圆柱壳结 构的抗轴压屈曲影响难以准确获得。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置。本发明的监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置，包括同轴线装置的支撑框 架、旋转框架、具有中心孔的固定工作台、具有中心孔的活动工作台和液压缸，在旋转框架 的下支撑边和支撑框架的下支座之间有第一滚动轴承，第一滚动轴承的外圈与旋转框架的 下支撑边紧固，支撑在支撑框架下支座上的支撑立轴与第一滚动轴承的内圈紧固，支撑立 轴穿越旋转框架下支撑边的中心孔并与固定工作台的中心孔固定，称重传感器固定在旋转 框架的下支撑边和固定工作台之间的支撑立轴上，液压缸固定在支撑框架的上支座上，在 旋转框架的上支撑边和支撑框架的上支座之间有第二滚动轴承，第二滚动轴承的外圈与旋 转框架的上支撑边紧固，液压缸的活塞杆与第二滚动轴承的内圈紧固并穿越旋转框架上支 撑边的中心孔并与活动工作台的中心孔固定，第二滚动轴承的外圈通过同步带与第二步进 电机转轴相连，第二步进电机固定在支撑框架的上支座上，在旋转框架的侧边固定有第一 步进电机和平行于轴线的丝杆，第一步进电机的转轴与丝杠相连，在与丝杠配置的螺帽上 安装有激光位传感器。本发明具有以下优点
第一，激光位移传感器的测量值可直接反映圆柱壳的初始几何缺陷。测量过程中采用 了步进电机，丝杠等定位装置，更好的避免了测量过程中激光位移传感器在运动过程中因 振动产生的误差，从而提高了测量精度。第二，本发明通过计算机能同时完成屈曲过程的实时监控，数据采集和数据处理
等多项工作。第三，本发明将应变测试和轴压加载及屈曲临界载荷测量的数据通过计算机处理 可得到圆柱壳不同贴片位置所对应的应变-压力曲线关系，比较各曲线可得到圆柱壳承受 轴压的薄弱部位，从而为圆柱壳制造工艺提出指导。
图1为本发明的结构示意图。图中标号1支撑框架、2支撑立轴、3称重传感器、4固定工作台、5螺帽、6激光位 移传感器、7丝杠、8圆柱壳、9第一步进电机、10旋转框架、11活动工作台、12、活塞杆、13液 压缸、14第一滚动轴承、15同步带、16第二步进电机、17第二滚动轴承、18动态应变仪、19 计算机。
具体实施例方式以下参照附图，对本发明作进一步说明。参照图1，本发明的监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置，包括同轴线装置的 支撑框架1、旋转框架10、具有中心孔的固定工作台4、具有中心孔的活动工作台11和液压 缸13，在旋转框架10的下支撑边和支撑框架1的下支座之间有第一滚动轴承14，第一滚动 轴承14的外圈与旋转框架10的下支撑边紧固，支撑在支撑框架1下支座上的支撑立轴2 与第一滚动轴承14的内圈紧固，支撑立轴2穿越旋转框架10下支撑边的中心孔并与固定 工作台4的中心孔固定，称重传感器3固定在旋转框架10的下支撑边和固定工作台4之间 的支撑立轴2上，液压缸13固定在支撑框架1的上支座上，在旋转框架10的上支撑边和支 撑框架1的上支座之间有第二滚动轴承17，第二滚动轴承17的外圈与旋转框架10的上支 撑边紧固，液压缸13的活塞杆12与第二滚动轴承17的内圈紧固并穿越旋转框架10上支 撑边的中心孔并与活动工作台11的中心孔固定，第二滚动轴承17的外圈通过同步带15与 第二步进电机16转轴相连，第二步进电机16固定在支撑框架1的上支座上，第二步进电机 16旋转可带动旋转框架10作旋转运动。在旋转框架10的侧边固定有第一步进电机9和平行于轴线的丝杆7，第一步进电 机9的转轴与丝杠7相连，在与丝杠7配置的螺帽5上安装有激光位传感器6。当第一步进 电机9带动丝杠7旋转时，丝杠7可带动其上的螺帽5沿纵向直线运动，同步实现激光位移 传感器6的纵向直线运动。为了减轻旋转框架10的重量，旋转框架10可采用铝材框架。工作原理如下
进行圆柱壳屈曲试验时，将圆柱壳放置于固定工作台上表面中心，在圆柱壳上均布一 定数量的应变片，应变片与动态应变仪18输入端相连，动态应变仪的输出端与计算机19相 连，将激光位移传感器6的输出信号与称重传感器3的输出信号分别输入计算机。首先，利用第一步进电机带动激光位移传感器6至圆柱壳8顶端，激光位移传感器 6向圆柱壳发出激光束并接收反射光束，通过分析反射光束与发射光束的相位差确定测点 的位置，同时激光位移传感器6将数据传送至计算机19，利用第二步进电机16旋转带动旋 转框架10转动预定的角度，待稳定后，激光位移传感器6测出该测点的位置并传送数据至 计算机19，重复此过程，直至采集完顶端圆周上的数据；然后利用第一步进电机9使激光位 移传感器6纵向运动某一距离，重复以上过程，直至激光位移传感器6采集完自圆柱壳8顶 端到底端整个圆柱壳的测点数据，实现圆柱壳几何缺陷的自动测量。然后，通过液压缸活塞杆移动活动工作台11至接近圆柱壳8上表面，从与圆柱壳8 接触开始，动态应变仪18数据开始变化，传输应变数据到计算机19并保存，同时称重传感
4器3将压力数据传输到计算机19，通过计算机实时监测压力变化情况，当压力值先递增后 突然下降时，由计算机自动计算得到此时的屈曲临界载荷值并自动发出停止活动工作台U 下压的信号，随后返回至初始位置。
权利要求
1.监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置，其特征在于包括同轴线装置的支撑 框架(1)、旋转框架(10)、具有中心孔的固定工作台(4)、具有中心孔的活动工作台(11)和 液压缸(13)，在旋转框架(10)的下支撑边和支撑框架(1)的下支座之间有第一滚动轴承 (14)，第一滚动轴承(14)的外圈与旋转框架(10)的下支撑边紧固，支撑在支撑框架(1)下 支座上的支撑立轴(2)与第一滚动轴承(14)的内圈紧固，支撑立轴(2)穿越旋转框架(10) 下支撑边的中心孔并与固定工作台(4)的中心孔固定，称重传感器(3)固定在旋转框架 (10)的下支撑边和固定工作台(4)之间的支撑立轴(2)上，液压缸(13)固定在支撑框架 (1)的上支座上，在旋转框架(10)的上支撑边和支撑框架(1)的上支座之间有第二滚动轴 承(17)，第二滚动轴承(17)的外圈与旋转框架(10)的上支撑边紧固，液压缸(13)的活塞杆 (12)与第二滚动轴承(17)的内圈紧固并穿越旋转框架(10)上支撑边的中心孔并与活动工 作台(11)的中心孔固定，第二滚动轴承(17)的外圈通过同步带(15)与第二步进电机(16) 转轴相连，第二步进电机(16)固定在支撑框架(1)的上支座上，在旋转框架(10)的侧边固 定有第一步进电机(9)和平行于轴线的丝杆(7)，第一步进电机(9)的转轴与丝杠(7)相连， 在与丝杠(7)配置的螺帽(5)上安装有激光位传感器(6)。
2.根据权利要求1所述的监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置，其特征在于所 述的旋转框架(10)为铝材框架。
全文摘要
本发明公开的监测圆柱壳初始几何缺陷的轴压屈曲装置，包括同轴线装置的支撑框架、旋转框架、具有中心孔的固定工作台、具有中心孔的活动工作台和液压缸以及称重传感器、安装在与轴线平行丝杆上的激光位传感器和两台步进电机。本发明装置利用激光位移传感器可测得圆柱壳的初始几何缺陷。测量过程中采用了步进电机，丝杠等定位装置，更好的避免了测量过程中激光位移传感器在运动过程中因振动产生的误差，从而提高了测量精度。通过计算机能同时完成屈曲过程的实时监控，数据采集和数据处理等多项工作，从而完成圆柱壳初始几何缺陷的监测和轴压屈曲临界载荷的自动测量。
文档编号G01S17/06GK102095633SQ20101060680
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者余雏麟, 孙博, 晏顺娟, 曹国伟, 陈志平 申请人:浙江大学