一种加载装置及力的加载方法与流程

本发明涉及结构静力试验及控制领域，具体为一种加载装置及力的加载方法。

背景技术：

在进行力加载时，通常要求力的加载方向与加载面垂直。然而，柔性试件在进行力加载时通常会发生翘曲，此时力的加载点往往位于翘曲部位，且加载方向要求与加载面垂直。由于加载点通常是固定的，但柔性试件发生翘曲后，力的加载方向与加载面将不再保持垂直状态，而是发生一定的偏角，造成加载误差。因此，如何对柔性试件进行力加载同时保证力的加载方向与加载面的垂直，是目前亟需解决的关键问题之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种加载装置及力的加载方法，通过该加载装置或力的加载方法在对柔性试件进行力加载时可以保证力的加载方向与加载面垂直。

本发明实施例提供的加载装置，包括：

柔性试件，所述柔性试件的一端被固定；

加载单元，所述加载单元与柔性试件配合，用于向柔性试件施加载荷；

调节单元，所述调节单元与加载单元连接，用于调节加载单元的施力方向，使加载力与柔性试件垂直。

进一步的，所述加载单元下端设有力传感器。

进一步的，所述柔性试件与加载单元之间设有位移传感器，所述位移传感器的一端与加载单元连接，另一端与柔性试件连接。

进一步的，所述加载单元包括：

第一油缸，所述力传感器设于第一油缸伸出端中部，所述第一油缸的伸出端的端部与柔性试件表面铰接，所述位移传感器一端与第一油缸伸出端下部连接，所述位移传感器另一端与柔性试件连接。

进一步的，所述调节单元包括：

第二油缸，所述第二油缸与第一油缸相互垂直，所述第二油缸底座被固定；

箱形梁；

支撑块，所述支撑块设于箱形梁内，且支撑块与箱形梁滑动连接，所述支撑块侧壁与第二油缸的伸出端连接，所述第一油缸设于所述支撑块的正下方，且第一油缸底座与支撑块底端铰接。

本发明实施例提供的应用上述加载装置进行力的加载方法，包括如下步骤：

a.设定载荷：设定初始载荷f0；

b.施加载荷：向柔性试件施加载荷f1，直到f1＝f0；

c.方向调节：调节加载力方向，使加载力方向与柔性试件表面垂直。

进一步的，所述b包括：

b1.加载单元对柔性试件施加载荷f1；

b2.力传感器输出载荷f1；

b3.加载单元施加载荷，直到f1＝f0。

进一步的，所述b包括：

b1’.第一油缸伸出端向柔性试件施加载荷f1；

b2’.力传感器输出载荷f1；

b3’.第一油缸施加载荷，直到f1＝f0。

进一步的，所述c包括：

c1.设定初值：加载前，选定位移传感器初始值d0；

c2.位移读取：加载后，位移传感器输出d1；

c3.设置虚拟位移：设置虚拟位移d2，计算d2＝d1-d0；

c4.差值调节：调节单元改变加载单元的施力方向，以此改变d1，直至d2＝0。

进一步的，所述c3包括，第二油缸的伸长量改变支撑块在箱型梁中的位置，使第一油缸位置发生偏转，以此改变d1，直至d2＝0。

有益效果：本发明采用两路控制，一路控制可以保证对试件加载力的大小，另一路采用设置虚拟位移的方式控制力加载方向，从而达到力的加载方向与加载面在加载过程中始终保持垂直的目的。本发明控制难度低，操作简便，容易实现。

此外，通过本发明的装置及力的加载方法可以精确控制柔性材料得到加载力的值，而不会因为加载力方向与柔性试件表面不垂直造成误差。

附图说明

图1为本发明一个实施例所述的加载装置结构图；

图2为本发明一个实施例所述的加载装置模块图；

图2a为本发明一个实施例所述的柔性试件表面施加载荷之前加载力示意图；

图2b为本发明一个实施例所述的柔性试件表面施加载荷之后加载力示意图；

图3为本发明一个实施例所述的一种力的加载方法流程图；

图4为本发明一个实施例所述的方向调节的原理图；

图5为本发明一个实施例所述的差值调节的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的实施例提供了一种加载装置，通过该装置在对柔性试件进行力加载时可以保证力的加载方向与加载面垂直。该加载装置的内部结构可参考图1。

如图1所示，本发明实施例所述的加载装置可以包括：加载单元101，用于向柔性试件施加载荷；以及

调节单元102，与上述加载单元连接，用于测量上述加载单元101上第一位置和上述柔性试件上的第二位置之间的位移，并通过以保持上述位移不变作为条件来调整加载单元101的力的加载方向，从而保证力的加载方向与柔性试件的表面保持垂直。

下面将进一步结合附图详细说明本发明上述实施例的工作原理。

如图2a所示，在上述加载单元101向柔性试件表面施加载荷之前，加载单元施加负荷的方向通常与上述柔性试件是垂直的，由于加载单元101通常用油缸实现，所以油缸的方向通常与上述柔性试件的表面是垂直的。所以，在这种情况下，上述加载单元101上一点a、上述柔性试件上一点b以及加载单元101在柔性试件上的加载点c可以构成一个直角三角形。

如图2b所示，在上述载单元101向柔性试件表面施加载荷的过程中，即使柔性试件发生了翘曲，但是如果保持上述三角形abc的三个边长基本不变，则可以基本保证，边ac和边bc之间的夹角还是直角。也就是说，在边ac和边bc固定的情况下，通过测量并调节边ab的长度保持不变即可以保持边ac和边bc的相互垂直，也即可以保持油缸的方向与柔性试件的表面是垂直的。

通过上述原理可以看出，在本发明的实施例中，通过调节单元102测量上述加载单元101上的第一位置和上述柔性试件上的第二位置之间的位移，并根据上述位移调整加载单元101的施力方向以保持上述位移不变即可实现保证力的加载方向与柔性试件的表面保持垂直的目的。并且通过位移的改变来判断施力方向与柔性试件表面夹角的改变这种方式非常直观，并且易于实现。

图1和图2显示了本发明实施例所述的加载装置的具体内部结构。

如图2所示，上述

加载单元101包括：第一油缸1011和力传感器1012。

其中，第一油缸1011，的底座与调节单元相连接，加载端与力传感器1012相连接，用于向柔性试件103施加载荷。

力传感器1012的一端与第一油缸1011的加载端相连接，另一端与柔性试件103在加载点相连接，用于测量施加到上述柔性试件103加载点上的载荷的大小。

上述调节单元102可以包括：第二油缸1021、箱型梁1022、滑动支撑块1023、以及位移传感器1024。

其中，第二油缸1021的底座与固定端相连接，加载端与箱型梁1022内的滑动支撑块1023相连接，用于调整滑动支撑块1023在箱型梁1022的位置。

箱型梁1022与固定端相连接。

上述滑动支撑块1023可以在箱形梁1022内由第二油缸1021推拉进行左右滑动，并且滑动支撑块1023的底部与第一油缸1011的底座相连接。

上述位移传感器1024的一端连接至加载单元101中第一油缸1011或力传感器1012上的第一位置，另一端连接至柔性试件103上的第二位置，用于测量上述第一位置和第二位置之间的位移。

在图1所示的加载装置中，

1021通过调整滑动支撑块1023在箱型梁1022的位置以对第一油缸1011相对于柔性试件103表面的角度进行调节，具体的调节方式为：通过第二油缸1021的伸长和缩短，来推动滑动支撑块1023在箱形梁1022内移动；当滑动支撑块1023移动时，第一油缸1011的底座随之发生移动，此时，第一油缸1011将绕第一油缸1011与柔性试件103的连接处(加载点)发生转动。因为第一油缸1011的力的加载方向与第一油缸1011的伸长方向一致，所以第一油缸1011绕上述加载点发生转动时，力的加载方向也随之发生转动。

并且在本发明的实施例中，通过上述位移传感器1024可以测量加载单元101上第一位置和柔性试件103上第二位置之间的位移，并通过控制第二油缸1021的伸长和缩短来保持上述位移不变，从而保持上述第一油缸1011的力的加载方向始终与柔性试件103的表面保持垂直。

此外，在本发明的实施例中，通过上述力传感器1012可以测量施加到上述柔性试件103加载点上的力，从而控制第一油缸1011向上述柔性试件103施加的载荷的大小达到并保持在预定的数值上。

图3显示了本发明实施例所述的力的加载方法，该方法应用于上述加载装置。如图3所示，该方法包括如下步骤：

a.设定载荷：设定初始载荷f0；

b.施加载荷：加载单元101向柔性试件103施加载荷f1，直到f1＝f0；

c.方向调节：调节单元102测量上述加载单元101上第一位置和上述柔性试件上第二位置之间的位移，并根据上述位移调整加载单元101的施力方向，使上述位移保持不变。

在本发明的实施例中，上述步骤b可以包括：

b1.控制第一油缸1011对柔性试件101施加载荷；

b2.获取力传感器1012输出载荷f1；

b3.控制第一油缸1011调整对柔性试件101施加的载荷，直到f1＝f0。

如图4，在本发明的实施例中，上述步骤c可以包括：

c1.设定初值：力加载前，选定位移传感器1024初始值d0；

c2.位移读取：力加载后，获取位移传感器1024输出d1；

c3.差值调节：控制第二油缸1021调整滑动支撑块1023在箱型梁1022的位置，直至d1＝d0。

如图5，上述步骤c3可以具体包括：

设置虚拟位移：设置虚拟位移d2＝d1-d0；

a1，控制第二油缸1021调整滑动支撑块1023在箱型梁1022的位置；

a2，获取位移传感器1024的输出，并重新确定虚拟位移d2；

a3，判断d2是否为零，如果是，则结束；如果否，则返回上述步骤a1。

具体工作原理：具体的力的加载过程简要描述如下：当第一油缸1011伸长时，可对柔性试件103施加载荷，柔性试件103受力会发生翘曲，导致施力方向与柔性试件103表面不垂直，力传感器1012用于监测和传输加载力的大小，位移传感器1024用于监测和反馈第一油缸1011和柔性试件103之间夹角的角度变化。第二油缸1021用于对第一油缸1011的偏移角度进行调节，通过第二油缸1021的伸长和缩短，来推动滑动支撑块1023在箱形梁1022内移动，当滑动支撑块1023移动时，第一油缸1011的底座随之发生移动，此时，第一油缸1011绕第一油缸1011与柔性试件103的连接处发生转动，因为第一油缸1011的加载力方向与第一油缸1011的伸长方向一致，所以第一油缸1011的角度发生转动，加载力的方向随之发生转动，以此保证加载力方向与柔性试件103垂直。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。