一种基于共振的金属板材加载实验装置的制作方法

本实用新型涉及用机械应力测试固体材料的强度特性，具体涉及.施加重复力或脉动力测试金属板材的力学特性。

背景技术：

金属板材在航空、建筑、桥梁、机械等结构中有着广泛的应用，随着现代科学技术的发展，板结构日趋采用高强度材料和薄壁结构，越来越向轻薄大跨方向发展，因此关于金属板材在荷载作用下的稳定性能受到众多学者的关注与研究。当金属板材对边受到面内简谐动力荷载发生共振时，尤其是简谐荷载的频率等于金属板材特征频率2倍时，金属板材面外挠度逐渐增大，当挠度值超过板结构的最大临界值时，金属板材便会在动力荷载作用下发生破环，因此研究在2倍频共振条件下的力学特征具有重要意义。但是，目前还没有专门的加载实验装置。

公开号为CN 103076226 A的发明专利申请公开了一种高频振动辅助金属箔板拉伸力学性能测试装置，该装置包括万能实验机、夹具和夹头，还包括压电陶瓷块和导向机构(见CN 103076226 A的发明专利申请的附图1)。但是，该专利申请的测试装置是与万能实验机配合使用的，因此由于万能实验机的高度空间限制，只能对较短的金属板材进行加载实验。此外，由于上述测试装置只能将金属板材的两头夹住进行拉伸或压缩加载，因此无法设定边界条件进行加载实验。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于共振的金属板材加载实验 装置，该装置可设定边界条件进行加载实验，进而研究共振时金属板材的面外挠度。

本实用新型解决以上所述的技术问题的技术方案为：

一种基于共振的金属板材加载实验装置，该装置包括与基台铰接的激振器，其特征在于，

还包括一个矩形支承框和四个边界条件框；所述的边界条件框由一槽型边框和设在槽型边框上下翼缘之间的边界条件夹组成，其中，每一边界条件夹包括上下两条状夹头，每一条状夹头上沿长度方向分布有下上贯穿的螺纹孔，该螺纹孔所对应的槽型边框上下翼缘上也设有螺纹孔，一调节螺栓由槽型边框的上下两侧向中部延伸，分别与所述槽型边框的翼缘和条状夹头螺纹连接；

所述的四个边界条件框的槽型边框的臂部朝外围成一矩形空间，其中，位于所述矩形空间一头的第一边界条件框的槽型边框的臂部与激振器固定连接，位于所述矩形空间另一头的第二边界条件框的槽型边框的臂部与基台固定连接；所述的第一边界条件框和第二边界条件框的下表面由滚动方向与激振器振动方向一致的滚轮支承在所述矩形支承框上表面的两头；位于所述矩形空间两侧的第三边界条件框和第四边界条件框固定在所述矩形支承框上表面的两侧；所述的矩形支承框由万向轮支承在基台上。

上述方案中，所述的边界条件夹中的条状夹头的上下两表面，一个为与侧面垂直的平面，另一个为与侧面相交的斜面。如此设计，一对条状夹头即可获得两种约束条件，即，当将上下两条状夹头为平面的两侧相对安装时，便可获得金属板材边缘面接触夹持的边界条件，当将上下两条状夹头为斜面的两侧相对安装时，则可获得金属板材边缘线接触夹持的边界条件。

上述方案中，所述的调节螺栓上还设有第一锁紧螺母，该第一锁紧螺母设 在槽型边框的翼缘与条状夹头之间，以便于调整好条状夹头在调节螺栓上位置后将其锁死，避免在振动过程中条状夹头在调节螺栓上产生位移而影响实验结果。

为进一步防止调节螺栓在槽型边框的翼缘上下移动，上述方案的调节螺栓上还设有第二锁紧螺母，该第二锁紧螺母设在槽型边框的翼缘的外侧。

本实用新型所述的实验装置可用于研究各种金属板材在不同的约束条件下反复拉伸压缩的动力稳定性，比如，2倍频共振条件下金属板材的面外挠度以及材料的应变。采用本实验装置进行上述2倍频共振条件下金属板材面外挠度以及材料应变加载实验方法如下所述：

(1)将金属板材夹持在边界条件块之间，然后调整边界条件块使得金属板材上下对称面与激振器的轴线共面，且位于水平面内；

(2)拧紧位于金属板材上部的调节螺栓夹紧金属板材，然后在金属板材的表面均匀分布加速度传感器和应变片；

(3)启动激振器并设定其振动频率为金属板材特征频率的两倍，反复拉伸压缩金属板材，同时读取加速度传感器和应变片的数据并计算出金属板材各检测点的面外挠度和应变值。

本实用新型较现有技术具有以下的有益效果：

1、采用激振器且整个装置水平安装，因此可根据金属板材试样的长度不受万能实验机的高度空间限制，只要改变激振器在基台上的安装位置并延长浮动夹具体即可。

2、可设定边界条件进行加载实验，进而获得相应的挠度和材料的应变值。

3、结构简单，成本低廉，有利于推广。

附图说明

图1～7为本实用新型所述金属板材加载实验装置的一个具体实施例的结构示意图，其中图1为主视图，图2为俯视图，图3为图1的A—A剖视图，图4为图1的B—B剖视图，图5为图1的局部Ⅰ的结构放大图，图6为图3的局部Ⅱ的结构放大图，图7为图4的局部Ⅲ的结构放大图；图5-7中的双点划线表示待实验的金属板材。

图8为本实用新型所述金属板材加载实验装置的另一个具体实施例的边界条件框的断面结构示意图，图中的双点划线表示待实验的金属板材。

具体实施方式

例1

参见图1～7，本例的金属板材加载实验装置由激振器1、矩形支承框2和四个边界条件框组成。

参见图5～7并结合图1～4，每一边界条件框由一槽型边框3和设在槽型边框3上下翼缘之间的边界条件夹4组成，其中，每一边界条件夹包括上下两条状夹头5，两条状夹头5之间相对的面为对称的斜面，形成线接触的契形夹持口，该契形夹持口的尖头方向与槽型边框3的上下翼缘指向一致；每一条状夹头5上沿长度方向分布有下上贯穿的螺纹孔，该所对应的槽型边框上下翼缘上也设有螺纹孔，调节螺栓6由槽型边框3的上下两侧向中部延伸，分别与所述槽型边框3的翼缘和条状夹头5螺纹连接。

参见图5～7，调节螺栓6上设有第一锁紧螺母16，该螺母设在槽型边框3的翼缘与条状夹头5之间。

参见图1～4并结合图5～7，四个边界条件框的槽型边框3的臂部朝外围成一矩形空间，其中，位于所述矩形空间左头的第一边界条件框7的槽型边框3的臂部与激振器1的激振头焊接固定在一起，位于所述矩形空间右头的第二边 界条件框8的槽型边框3的臂部与基台14固定连接；第一边界条件框7和第二边界条件框8的下表面由滚动方向与激振器1振动方向一致的滚轮11支承在所述矩形支承框2上表面的两头；位于所述矩形空间两侧的第三边界条件框9和第四边界条件框10通过连接件13固定在所述矩形支承框2上表面的两侧；矩形支承框2由万向轮12支承在基台14上。

参见图1和图2，激振器1铰接在U型的底座15的U形槽内，底座15固定在基台14上。

例2

参见图8，本例所述是的实验装置与例1的区别在于，一是将两条状夹头5的倒过来安装，即使两条状夹头5之间相对的面为平面，形成面接触的矩形夹持口；二是在调节螺栓上增设第二锁紧螺母17，该第二锁紧螺母17设在槽型边框3的翼缘的外侧。

本例上述以外的实施方法与例1相同。