专利名称：模型加载装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及力学分析实验领域，特别地，涉及一种模型加载装置。
背景技术：
光弹性应力冻结试验中，传统的模型加载装置分为通用和专用两种。通用的加载装置最常用的是砝码-杠杆式，可对模型做简单拉伸、压缩及弯曲等试验，用于测量模型材料的主要性质，但通用的加载装置难以完成复杂模型的多路加载任务。专用加载装置是根据模型的具体形状、尺寸及其受载情况专门设计的，因此具有较高的专用性，使用范围受到很大约束。三向光弹性应力冻结试验需要单独设计、加工模型的加载装置，既占用科研资金，又不利于提高试验效率，而且应力冻结的加载装置的结构复杂，需要多个装置来实现相应的测试，试验中占用较大的恒温箱空间且试验效率低。
发明内容
本发明目的在于提供一种占用空间小、结构简单、使用方便、成本较低、能够通过同一装置实现多种载荷加载的多功能模型加载装置。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种模型加载装置，包括安装框架，包括固定连接的横向支撑梁和纵向支撑梁；载荷施加装置，设置在安装框架上；元件定位装置，设置在安装框架上，并定位测试元件；载荷施加装置包括定位杆安装板、定位杆、扭转盘和载荷生成机构；定位杆安装板，设置在安装框架顶部的横向支撑梁上；定位杆，第一端安装在定位杆安装板上，定位杆沿轴向方向可上下移动；扭转盘，可转动地连接在定位杆的第二端，并传递载荷至测试元件；第一载荷生成机构，连接至扭转盘，对扭转盘施加拉力；第二载荷生成机构，连接至扭转盘，对扭转盘施加拉力，并与第一载荷生成机构所施加的拉力形成力偶或者与第一载荷生成机构所施加的拉力的方向相同。进一步地，第一载荷生成机构连接在扭转盘一侧；第二载荷生成机构连接在扭转盘的另一侧；第一载荷生成机构与第二载荷生成机构绕扭转盘的中心轴线对称设置，并对测试元件施加测试扭矩。进一步地，第一载荷生成机构连接在扭转盘一侧；第二载荷生成机构连接在扭转盘的另一侧；第一载荷生成机构与第二载荷生成机构位于扭转盘的同一侧的安装框架上， 并对测试元件施加测试弯矩。进一步地，第一载荷生成机构包括第一定滑轮和绕设在第一定滑轮上的第一吊绳，第一吊绳的第一端设置有第一质量块，第一吊绳的第二端连接至扭转盘；第二载荷生成机构包括第二定滑轮和绕设在第二定滑轮上的第二吊绳，第二吊绳的第一端设置有第二质量块，第二吊绳的第二端连接至扭转盘。进一步地，第一载荷生成机构还包括第一定滑轮安装梁，第一定滑轮安装梁固定设置在安装框架上，第一定滑轮固定设置在第一定滑轮安装梁上；第二载荷生成机构还包括第二定滑轮安装梁，第二定滑轮安装梁固定设置在安装框架上，第二定滑轮固定设置在第二定滑轮安装梁上。进一步地，第一载荷生成机构还包括第一连接柱，第一连接柱沿扭转盘的轴向方向穿设在扭转盘上；第二载荷生成机构还包括第二连接柱，第二连接柱沿扭转盘的轴向方向穿设在扭转盘上；第一吊绳的第二端包括有连接至第一连接柱的第一端的第一接头，和连接至第一连接柱的第二端的第二接头；第二吊绳的第二端包括有连接至第二连接柱的第一端的第三接头，和连接至第二连接柱的第二端的第四接头。进一步地，扭转盘上包括多个沿轴向贯通扭转盘的安装孔，第一连接柱和第二连接柱可选择地安装在任意两个沿扭转盘的轴心对称的安装孔内。进一步地，第一定滑轮安装梁和第二定滑轮安装梁沿纵向支撑梁的长度方向位置是可调的。进一步地，横向支撑梁和纵向支撑梁上设置有多个安装孔。进一步地，元件定位装置包括定位支撑板以及设置在定位支撑板上的定位件，定位件沿定位支撑板的长度方向位置是可调的，测试元件M固定设置在定位件32上。本发明具有以下有益效果1.模型加载装置包括载荷施加装置，载荷施加装置包括载荷生成机构和扭转盘， 扭转盘传递载荷至测试元件，载荷生成机构具有对扭转盘施加扭矩的第一工作状态和对扭转盘施加弯矩的第二工作状态。本装置通过一套载荷生成机构可以实现扭矩加载和弯矩加载，无需提供额外的载荷生成机构，因此能够有效节省资金，降低成本。本装置切换载荷施加状态快捷方便，且定位杆可上下移动，能够适用于多种测试元件的扭矩和弯矩测试，使用方便，操作简单，有效提高工作效率。2.第一载荷生成机构和第二载荷生成机构绕扭转盘的轴线转轴对称设置，并形成力偶，能够为加载装置提供稳定而且纯粹的扭矩作用力，测试更加准确可靠。3.本模型加载装置的载荷添加通过质量块来实现，能够对载荷的添加进行控制， 获得所需的测试状态，并能够在实验同时进行测量数据标定，一举多得。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明的第一实施例的模型加载装置的立体结构示意图；以及图2是根据本发明的第二实施例的模型加载装置的立体结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。如图1所示，根据本发明的第一实施例，模型加载装置包括安装框架10、载荷施加装置20以及元件定位装置30。其中，载荷施加装置20和元件定位装置30设置在安装框架 10上。安装框架10包括固定连接在横向支撑梁11和纵向支撑梁12。横向支撑梁11和纵向支撑梁12上可以设置多个安装孔，以便对载荷施加装置20和元件定位装置30的安装位置进行调整，使其与测试元件M的形状相适应，以满足测试元件M的安装要求。载荷施加装置包括定位杆安装板21、定位杆22、扭转盘23、第一载荷生成机构25 和第二载荷生成机构26。其中定位杆安装板21设置在安装框架10顶部的横向支撑梁11 上，定位杆22的第一端安装在定位杆安装板21上，扭转盘23安装在定位杆22的第二端， 第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈连接在扭转盘23上，并分别对扭转盘23施加拉力。测试元件M安装在扭转盘23和元件定位装置30之间，第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构26通过位置的调整，对扭转盘23的拉力分别可以形成力偶或者同向作用力，并具有对扭转盘23施加扭矩的第一工作状态和对扭转盘23施加弯矩的第二工作状态。定位杆安装板21的两端分别设置在安装框架10顶部的两个相对设置的横向支撑梁11上，端部设置有长槽，使定位杆安装板21在安装过程中可以沿长度方向进行调整。在调整完成后，安装螺栓将定位杆安装板21固定设置在横向支撑梁11上。定位杆安装板21 的中间位置竖向设置有导向孔，定位杆22穿过该导向孔，并可沿导向孔上下移动。定位杆22的第一端与定位杆安装板21配合，其上设置螺母，使其不能向下运动而保证定位杆22及扭转盘23的重力不施加到测试元件对。当第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈进行弯矩的加载动作时，定位杆22可以绕第一端与安装板21的节点自由转动较小角度，保证没有额外的作用力施加到测试元件M。定位杆22的第二端与扭转盘 23固定连接，其连接方式可以为螺纹连接，也可以为焊接。在定位杆22的第一端的端部设置有操作平面，便于拧动定位杆22，以保证其与扭转盘23等的连接关系。扭转盘23可转动地连接在定位杆22的第二端，并能够将第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构26所施加的载荷传递至测试元件24。扭转盘23的上端部具有与定位杆 22配合的结构，下端部具有安装测试元件M的结构，该结构不会造成测试元件M上下运动的约束。扭转盘23可以进行更换，以便能够满足多种不同测试元件M的测试需要。扭转盘23上设置有多个沿轴向贯通扭转盘23的安装孔，多个安装孔绕扭转盘23的中心轴线对称分布，以方便将第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈连接在扭转盘23上，并便于通过改变调整第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈在扭转盘23上的连接位置对扭矩或者弯矩进行调整。第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈绕扭转盘23的中心轴线对称设置， 并形成力偶。第一载荷生成机构25连接在扭转盘23的一侧，并对扭转盘23施加扭矩；第二载荷生成机构26连接在扭转盘23的另一侧，并对扭转盘23施加与第一载荷生成机构25 的扭矩大小、方向相同的扭矩。第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈可以为成对设置的伸缩油缸，或者其它的旋转控制机构。在本实施例中，第一载荷生成机构25包括第一定滑轮安装梁254、固定设置在第一定滑轮安装梁2M上的第一定滑轮251、以及绕设在第一定滑轮251上的第一吊绳252。 第一定滑轮安装梁2M横向设置在位于扭转盘23 —侧的安装框架10的两个相邻的纵向支撑梁12之间，并通过螺栓进行固定。第一定滑轮安装梁2M沿纵向支撑梁12的长度方向位置可调，能够适用于不同高度不同位置的测试元件M的测试。第一定滑轮安装梁254的两端设置有长槽孔，安装螺栓在长槽孔内可移动，能够使第一定滑轮安装梁2M沿横向方向进行位置调整。第一定滑轮251可转动地设置在第一定滑轮安装梁254的外侧。在第一定滑轮 251和第一定滑轮安装梁2M之间还可以设置第一定滑轮安装座255，第一定滑轮安装座 255通过螺栓固定设置在第一定滑轮安装梁2M上，第一定滑轮251固定设置在第一定滑轮安装座255上。第一定滑轮安装梁2M上沿长度方向设置有多个安装孔，第一定滑轮安装座255能够在第一定滑轮安装梁254的长度方向上进行位置调整。第一定滑轮安装座255 的存在，使得第一定滑轮251与第一定滑轮安装梁2M之间分开设置，更加便于第一定滑轮 251的定位、安装、更换和维修，而无需拆除第一定滑轮安装梁254。第一吊绳252的第一端通过第一定滑轮251延伸至安装框架10外，端部设置有第一质量块253。第一质量块253为具有明确质量标定的质量块，便于在测试过程中对测试数据进行标定。第一吊绳252的第二端连接至扭转盘23。在本实施例中，扭转盘23的其中一个安装孔内设置有第一连接柱256，第一连接柱256沿轴向方向穿设在扭转盘23上，且两端端头高出扭转盘23的盘面。第一吊绳252的第二端为人字形开叉结构，包括有连接至第一连接柱256的第一端的第一接头257，和连接至第一连接柱256的第二端的第二接头258。 人字形开叉结构使第一吊绳252的第二端不会与扭转盘23发生干涉，第一载荷生成机构25 能够为扭转盘23提供更纯粹的扭转力，保证测量的准确性。第二载荷生成机构沈包括第二定滑轮安装梁沈4、固定设置在第二定滑轮安装梁 264上的第二定滑轮沈1、以及绕设在第二定滑轮261上的第二吊绳沈2。第二定滑轮安装梁264横向设置在位于第二定滑轮安装梁264所在位置的相对侧的安装框架10的两个相邻的纵向支撑梁12之间，并通过螺栓进行固定。第二定滑轮安装梁264沿纵向支撑梁12 的长度方向位置可调，能够适用于不同高度不同位置的测试元件M的测试。第二定滑轮安装梁沈4的两端设置有长槽孔，安装螺栓在长槽孔内可移动，能够使第二定滑轮安装梁264 沿横向方向进行位置调整。第二定滑轮261可转动地设置在第二定滑轮安装梁沈4的外侧。在第二定滑轮 261和第二定滑轮安装梁264之间还可以设置第二定滑轮安装座沈6，第二定滑轮安装座 266通过螺栓固定设置在第二定滑轮安装梁264上，第二定滑轮261固定设置在第二定滑轮安装座266上。第二定滑轮安装梁264上沿长度方向设置有多个安装孔，第二定滑轮安装座沈6能够在第二定滑轮安装梁沈4的长度方向上进行位置调整。第二定滑轮安装座266 的存在，使得第二定滑轮261与第二定滑轮安装梁264之间分开设置，更加便于第二定滑轮 261的定位、安装、更换和维修，而无需拆除第二定滑轮安装梁沈4。第二吊绳沈2的第一端通过第二定滑轮261延伸至安装框架10外，端部设置有第二质量块263。第二质量块263为具有明确质量标定的质量块，便于在测试过程中对测试数据进行标定。第二吊绳262的第二端连接至扭转盘23。在本实施例中，扭转盘23的其中二个安装孔内设置有第二连接柱266，第二连接柱266沿轴向方向穿设在扭转盘23上，且两端端头高出扭转盘23的盘面。第二吊绳沈2的第二端为人字形开叉结构，包括有连接至第二连接柱266的第一端的第三接头沈7，和连接至第二连接柱沈6的第二端的第四接头沈8。 人字形开叉结构使第二吊绳262的第二端不会与扭转盘23发生干涉，第二载荷生成机构沈能够为扭转盘23提供更纯粹的扭转力，保证测量的准确性。第一载荷生成机构25与第二载荷生成机构沈之间形成力偶，而且通过吊绳的人字形开叉结构连接至设置在扭转盘23上的第一连接柱256与第二连接柱沈6，使得扭转盘 23所受到的拉力更加平衡，能够产生稳定的扭转作用力，获得更加准确的实验效果。元件定位装置30包括定位支撑板31以及设置在定位支撑板31上的定位件32。 定位支撑板31通过螺栓固定设置在元件定位装置30的底部的横向支撑梁11上，且可以在横向支撑梁11上调整安装位置。定位支撑板31的安装位置处还可以设置长槽，便于在安装过程中对定位支撑板31的长度方向的安装位置进行调整。定位件32具有定位测试元件 24的结构，能够防止测试元件M的固定端在扭矩测试的过程中发生转动，或者在弯矩测试的过程中发生晃动，保证测试的准确性。第一载荷生成机构25和第二载荷生成机构沈也可以通过活塞装置或者其它的拉力施加装置来实现对扭转盘23施加力偶或者同向作用力的功能。结合参见图2，根据本发明的第二实施例的模型加载装置，其与第一实施例中的不同之处在于，第一载荷生成机构25与第二载荷生成机构沈设置在扭转盘的同一侧的安装框架10上，且共用同一个定滑轮安装梁，即第一定滑轮安装梁254。第一载荷生成机构25 和第二载荷生成机构26设置在同一侧的安装框架10上，在扭转盘23上的连接位置分别位于扭转盘23的转轴中心的两侧，并相互对称，以便为扭转盘提供大小相等、方向相同的拉力作用，使扭转盘23将受到的拉力传递至测试元件M，使测试元件M受到弯矩，从而对测试元件M进行弯矩的测试。从上述实施例中可以得知，根据本发明的模型加载装置，包括载荷施加装置，载荷施加装置包括载荷生成机构和扭转盘，扭转盘传递载荷至测试元件，载荷生成机构具有对扭转盘施加扭矩的第一工作状态和对扭转盘施加弯矩的第二工作状态。本装置通过一套载荷生成机构可以实现扭矩加载和弯矩加载，无需提供额外的载荷生成机构，因此能够有效节省资金，降低成本。本装置切换载荷施加状态快捷方便，且定位杆可上下移动，能够适用于多种测试元件的扭矩和弯矩测试，使用方便，操作简单，有效提高工作效率。第一载荷生成机构和第二载荷生成机构绕扭转盘的轴线转轴对称设置，并形成力偶，能够为加载装置提供稳定而且纯粹的扭矩作用力，测试更加准确可靠。本模型加载装置的载荷添加通过质量块来实现，能够对载荷的添加进行控制，获得所需的测试状态，并能够在实验同时进行测量数据标定，一举多得。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种模型加载装置，其特征在于，包括安装框架(10)，包括固定连接的横向支撑梁(11)和纵向支撑梁(12)；载荷施加装置(20)，设置在所述安装框架(10)上；元件定位装置(30)，设置在所述安装框架(10)上，并定位测试元件04)；所述载荷施加装置00)包括定位杆安装板、定位杆0 、扭转盘和载荷生成机构(25)；所述定位杆安装板设置在所述安装框架(10)顶部的所述横向支撑梁(11)上；所述定位杆0 的第一端安装在所述定位杆安装板上，所述定位杆0 沿轴向方向可上下移动；所述扭转盘可转动地连接在所述定位杆0 的第二端，并传递载荷至所述测试元件(24)；第一载荷生成机构(25)，连接至所述扭转盘(23)，对所述扭转盘施加拉力；第二载荷生成机构(26)，连接至所述扭转盘(23)，对所述扭转盘施加拉力，并与所述第一载荷生成机构0 所施加的拉力形成力偶或者与所述第一载荷生成机构05)所施加的拉力的方向相同。
2.根据权利要求1所述的模型加载装置，其特征在于，所述第一载荷生成机构05)连接在所述扭转盘—侧，所述第二载荷生成机构06)连接在所述扭转盘的另一侧，所述第一载荷生成机构0 与所述第二载荷生成机构06)绕所述扭转盘的中心轴线对称设置，并对所述测试元件04)施加测试扭矩。
3.根据权利要求1所述的模型加载装置，其特征在于，所述第一载荷生成机构05)连接在所述扭转盘—侧，所述第二载荷生成机构06)连接在所述扭转盘的另一侧，所述第一载荷生成机构0 与所述第二载荷生成机构06)位于所述扭转盘的同一侧的所述安装框架(10)上，并对所述测试元件04)施加测试弯矩。
4.根据权利要求2或3所述的模型加载装置，其特征在于，所述第一载荷生成机构0 包括第一定滑轮051)和绕设在所述第一定滑轮(251) 上的第一吊绳052)，所述第一吊绳052)的第一端设置有第一质量块053)，所述第一吊绳052)的第二端连接至所述扭转盘03)；所述第二载荷生成机构06)包括第二定滑轮061)和绕设在所述第二定滑轮061) 上的第二吊绳062)，所述第二吊绳062)的第一端设置有第二质量块063)，所述第二吊绳062)的第二端连接至所述扭转盘03)。
5.根据权利要求4所述的模型加载装置，其特征在于，所述第一载荷生成机构0 还包括第一定滑轮安装梁0 )，所述第一定滑轮安装梁 (254)固定设置在所述安装框架(10)上，所述第一定滑轮051)固定设置在所述第一定滑轮安装梁(254)上；所述第二载荷生成机构06)还包括第二定滑轮安装梁064)，所述第二定滑轮安装梁 (264)固定设置在所述安装框架(10)上，所述第二定滑轮061)固定设置在所述第二定滑轮安装梁(264)上。
6.根据权利要求5所述的模型加载装置，其特征在于，所述第一载荷生成机构0 还包括第一连接柱056)，所述第一连接柱(256)沿所述扭转盘的轴向方向穿设在所述扭转盘上；所述第二载荷生成机构06)还包括第二连接柱066)，所述第二连接柱(沈6)沿所述扭转盘的轴向方向穿设在所述扭转盘上；所述第一吊绳(25 的第二端包括有连接至所述第一连接柱(256)的第一端的第一接头057)、和连接至所述第一连接柱056)的第二端的第二接头058)；所述第二吊绳(26 的第二端包括有连接至所述第二连接柱(沈6)的第一端的第三接头067)、和连接至所述第二连接柱066)的第二端的第四接头068)。
7.根据权利要求6所述的模型加载装置，其特征在于，所述扭转盘上包括多个沿轴向贯通所述扭转盘的安装孔，所述第一连接柱(256)和所述第二连接柱066)可选择地安装在任意两个沿所述扭转盘的轴心对称的所述安装孔内。
8.根据权利要求5所述的模型加载装置，其特征在于，所述第一定滑轮安装梁(254)和所述第二定滑轮安装梁(264)沿所述纵向支撑梁(12)的长度方向的位置是可调的。
9.根据权利要求1所述的模型加载装置，其特征在于，所述横向支撑梁(11)和所述纵向支撑梁(1 上设置有多个安装孔。
10.根据权利要求1所述的模型加载装置，其特征在于，所述元件定位装置(30)包括定位支撑板(31)以及设置在所述定位支撑板(31)上的定位件(32)，所述定位件(3 沿所述定位支撑板(31)的长度方向的位置是可调的，所述测试元件04)固定设置在所述定位件 (32)上。
全文摘要
本发明提供了一种模型加载装置。该模型加载装置包括安装框架(10)；载荷施加装置(20)；元件定位装置(30)；载荷施加装置(20)包括定位杆安装板(21)；定位杆(22)；扭转盘(23)，可转动地连接在定位杆(22)第二端的测试元件(24)；第一载荷生成机构(25)，连接至扭转盘(23)，对扭转盘(23)施加拉力；第二载荷生成机构(26)，连接至扭转盘(23)，对扭转盘(23)施加拉力，并与第一载荷生成机构(25)所施加的拉力形成力偶或者形成同向作用力。根据本发明的模型加载装置，占用空间小、结构简单、使用方便、成本较低、能够通过同一装置实现多种载荷加载。
文档编号G01N3/22GK102401764SQ20111036587
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者刘飞春, 徐华, 文华, 郭天才 申请人:中国航空动力机械研究所