专利名称：着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种因冲击物体垂直冲击土体而对其冲击过程进行力学参数测试，并用于反映土与冲击物相互作用动力特性的模型试验装置。
背景技术：
目前，随着人类对地球以外空间探测技术研究的逐步深入，对着陆器设计要求越来越高，一台具有安全性、多功能的着陆器必不可少。由于着陆器着陆冲击土体过程中受到土体巨大的冲击作用，为保证内部精密仪器不受损坏，合理选择着陆区域，使着陆器实现软着陆，对着陆器冲击土体的力学性质的测量是模型试验研究的重点。国内外研究土与结构相互作用课题较多，特别是剪切作用，然而研究垂直冲击作用并用于测量着陆器与土体相互作用的冲击试验装置极少。强夯是仅存在的与冲击着陆相类似的工业过程，但前者更着重于研究如何进行建筑地基的加固，而很少考虑着陆器因多种不同工况下受土体的冲击作用所带来的实时力学影响，例如动量(包括冲击速度和质量)、冲击能量、土体表层的密实度及刺入深度等因素。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置，它包括横梁、棉线、边柱、上横梁支撑、冲击筒、下横梁支撑、下滑导轨、计算机、信号处理器、土槽、移动滑轨和位移计；其中，所述横梁和移动滑轨分别固定在边柱的顶部和底部，横梁下方中心固接位移计，上横梁支撑和下横梁支撑铆接于边柱；下滑导轨通过上横梁支撑和下横梁支撑固定；冲击筒安装至下滑导轨上，并通过棉线张拉稳定；土槽置于冲击筒正下方；信号处理器与计算机相连。进一步地，所述土槽的侧壁由有机玻璃制成。进一步地，所述冲击筒包括下滑滑块、配重砝码、轴力计、第一加速度计、第二加速度计和冲击足垫；其中，下滑滑块固定于冲击筒圆筒壁外，配重砝码置于冲击筒圆筒壁内并固定于冲击筒底部。轴力计贴于冲击筒轴柱上，第一加速度计和第二加速度计黏贴于足垫上，轴力计、第一加速度计和第二加速度计均与信号处理器相连。本发明的有益效果是，本发明简单地通过控制高度和砝码质量达到预定冲击速率和冲击质量垂直冲击土体，方便实时测得冲击所需试验参数；不仅满足模型试验条件要求， 而且能实时测得在冲击瞬态过程中冲击物体包括轴力，加速度及刺入土体深度等重要力学参数，反映冲击过程相互作用动力特性。本试验装置已用于采集垂直冲击动态过程的动力参数试验，并承担着科研研究项目，为科研航天单位提供了宝贵的试验数据。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的试验装置纵剖面图。图2是图1中冲击筒的纵剖面放大构造图。图3是试验过程控制流程图。图中，横梁1、棉线2、边柱3、上横梁支撑4、冲击筒5、下横梁支撑6、下滑导轨7、计算机8、信号处理器9、土槽10、试验土 11、移动滑轨12、位移计13 ；下滑滑块14、加重砝码
15、轴力计16、第一加速度计17、第二加速度计18。
具体实施例方式下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。如图1所示，本发明着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置包括横梁1、棉线 2、边柱3、上横梁支撑4、冲击筒5、下横梁支撑6、下滑导轨7、计算机8、信号处理器9、土槽 10、移动滑轨12、位移计13。其中，横梁1和移动滑轨12分别固定在边柱3的顶部和底部，整体试验装置框架通过横梁1和边柱3固定，通过移动滑轨12可整体轴向移动，一次填土可通过移动装置测量多组试验。横梁1下方中心固接位移计13，上下横梁支撑4、6铆接于边柱3。下滑导轨7 通过上下横梁支撑4、6固定，通过调节上下横梁支撑4、6的长度保证下滑导轨7的间距一致。冲击筒5安装至下滑导轨7上，并通过棉线2张拉稳定。填实试验土 11的土槽10放于冲击筒5正下方，侧壁由有机玻璃制成，既保证土槽强度，还具有较强的可视性。通过在土槽侧壁画有的标记线，得以控制土体的相对密实度和填土进程。如图2所示，冲击筒5纵剖面放大构造图，包括下滑滑块14、配重砝码15、轴力计
16、第一加速度计17、第二加速度计18、冲击足垫19。其中，固定于冲击筒壁的下滑滑块14通过下滑滑轨7控制冲击筒铅垂运动。冲击筒内放置配重砝码15，用于调节冲击筒总质量，并通过螺栓固定于冲击筒底。轴力计16贴于冲击筒轴柱上，当冲击筒5受冲击作用时，用于测量足垫19所受动态轴力，加速度计17、 18通过502固体胶黏贴于足垫19上，用于测量冲击筒受土体作用时冲击筒加速度的变化。 轴力计16、第一加速度计17和第二加速度计18均与信号处理器9相连，信号处理器9与计算机相连。通过图1中信号处理器9对轴力计16和加速度计17、18数据处理，可以得到冲击筒所受轴力、速度、位移、加速度的实时显示。如图3所示，试验过程如下。1、按照试验要求填土；
2、连接各数据通道；
3、开启数据采集系统；
4、检查各传感器正常工作；
5、将冲击筒提升至指定高度；
6、剪断棉线，实现瞬时释放；
7、关闭系统，并分析保存的力学数据。本发明的工作过程如下将试验土 11按试验要求(密实度，填土高度)填至土槽中，通过振动机和木板密实或找平。将冲击筒5提升至指定高度，剪断棉线2，实现瞬时释放，使冲击筒5沿光滑下滑导轨铅垂冲击土槽10中装有的试验土 11。由于受到冲击作用， 安装在冲击筒5中的传感器内部应变片发生形变，电阻的改变引起电压的变化。变化的电压信号(包括有轴力、加速度以及固定于横梁1上的位移计测量的位移)通过数据采集通道传至信号处理器9，并通过计算机8将所获得的结果进行采集、保存、转换以及实时显示。
权利要求
1.一种着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置，其特征在于，它包括横梁(1)、棉线(2)、边柱(3)、上横梁支撑(4)、冲击筒(5)、下横梁支撑(6)、下滑导轨(7)、计算机(8)、 信号处理器(9)、土槽(10)、移动滑轨(12)和位移计(13)等；其中，所述横梁(1)和移动滑轨(12)分别固定在边柱(3)的顶部和底部，横梁(1)下方中心固接位移计(13)，上横梁支撑(4)和下横梁支撑(6)铆接于边柱(3)；下滑导轨(7)通过上横梁支撑(4)和下横梁支撑 (6)固定；冲击筒(5)安装至下滑导轨(7)上，并通过棉线(2)张拉稳定；土槽(10)置于冲击筒(5)正下方；冲击筒(5)与信号处理器(9)相连，信号处理器(9)与计算机(8)相连。
2.根据权利要求1所述着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置，其特征在于，所述土槽(10)的侧壁由有机玻璃制成。
3.根据权利要求1所述着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置，其特征在于，所述冲击筒(5)包括下滑滑块(14)、配重砝码(15)、轴力计(16)、第一加速度计(17)、第二加速度计(18)和冲击足垫(19)等；其中，下滑滑块(14)固定于冲击筒(5)圆筒壁外，配重砝码(15)置于冲击筒(5)圆筒壁内并固定于冲击筒(5)底部；轴力计(16)贴于冲击筒(5)轴柱上，第一加速度计(17)和第二加速度计(18)黏贴于足垫(19)上，轴力计(16)、第一加速度计(17)和第二加速度计(18)均与信号处理器(9)相连。
全文摘要
本发明公开了一种着陆器与土体相互作用冲击模型试验装置；它包括横梁、棉线、边柱、上横梁支撑、冲击筒、下横梁支撑、下滑导轨、计算机、信号处理器、土槽、移动滑轨和位移计；其中，所述横梁和移动滑轨分别固定在边柱的顶部和底部，横梁下方中心固接位移计，上横梁支撑和下横梁支撑铆接于边柱；下滑导轨通过上横梁支撑和下横梁支撑固定；冲击筒安装至下滑导轨上，并通过棉线张拉稳定；土槽置于冲击筒正下方；本发明通过控制高度和砝码质量达到预定冲击速率和冲击质量垂直冲击土体，方便实时测得冲击所需试验参数；反映冲击过程相互作用动力特性。
文档编号G01L5/00GK102288347SQ20111020044
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者凌道盛, 吴晓君, 孔令刚, 蒋祝金, 钟世英, 陈云敏 申请人:浙江大学