一种弧面压载荷加载系统的制作方法

本发明涉及大型结构强度试验，尤其涉及一种弧面压载荷加载系统。

背景技术：

舰船结构在水面上下浮动时会受到水面载荷作用，根据相关要求需要考虑水载荷对结构的作用位置与分布的影响。试验考核主要通过分布压力的形式对试验件受试面施加。在舰船结构强度试验中，由于载荷作用结构表面的加载面积大，表面不规则，主要为弧面结构，且需要均匀施加载荷，因此对舰船大型弧面结构进行外压强度加载存在技术难点。

常规拉压垫及液压缸加载装置不能满足异形弧面加载要求，且压载荷较大，工况多，传统加载试验方法实施过程中较为复杂，因此需要设计一种新型加载系统，以实现对大型弧面结构的法向加载，以保证试验的准确性和真实性。

技术实现要素：

根据以上技术问题，本发明提供一种弧面压载荷加载系统，包括加载系统和气囊加载控制系统，其中，所述加载系统又包括钢构铸块、约束夹具、试验件导轨、加载工装、气囊，所述钢构铸块数量为n个，n≥6，通过n个钢构铸块的固定连接构成试验平台，试验平台右侧设有约束夹具，所述约束夹具由安装底板、侧板、顶板、限位块、安装孔构成，所述安装底板通过螺栓固定安装在试验平台上，所述侧板数量为2个，2个侧板对称设置在安装底板两侧，所述侧板顶部通过顶板相连接，每侧的侧板前后对称设有限位块，限位块上开设有安装孔，所述约束夹具为一组共2个，所述约束夹具内镶嵌有试验件导轨，所述试验件导轨截面为与试验件相一致的形状，所述约束夹具通过将螺栓穿过安装孔与试验件导轨相连接，试验平台上左侧设有加载工装，所述加载工装固定安装在钢构铸块上，其上预留有气嘴引出孔，所述加载工装底部设有气囊，所述气囊上设有两个气嘴，分别为气嘴i、气嘴ii，通过将气嘴i、气嘴ii分别由加载工装上预留的气嘴引出口引出实现加载工装与气囊的固定卡接；

所述气囊加载控制系统又包括气源、储气罐、进气开关、出气开关、进气限压阀、压力传感器、可编程控制器、排气口，所述气源通过管路经储气罐与气囊的气嘴i相连接，所述储气罐与气囊之间的管路上依次安装有进气开关、进气限压阀，所述气囊的气嘴ii通过管路与排气口相连接，所述气囊与排气口之间的管路上安装有出气开关，所述气囊的侧面通过管路与压力传感器相连接；

所述可编程控制器分别通过管路连接进气开关、出气开关、进气限压阀与压力传感器，通过压力传感器的反馈，控制进气开关与出气开关的开闭，形成闭环控制。

进一步的，所述加载工装为半圆弧型结构。

进一步的，所述气囊采用柔软的天然橡胶材料制作，其壁厚为2mm。

进一步的，还包括有流量计、气压表，所述流量计、气压表共2组，其中一组安装在进气限压阀与气囊之间的管路上，另一组安装在气囊与出气开关之间的管路上。

本发明的有益效果为：本发明通过钢构铸块、约束夹具、加载工装、气囊和可实现两路均匀协调加载的气囊加载控制系统，有效解决了大型弧面结构外压载荷加载问题，以及不规则曲面外压加载问题，适用性强；设计协调加载系统，可实现多路均匀缓慢协调加载能真实模拟弧面结构的受载情况，保证载荷施加的均匀性和准确性，使试验件的外压加载更接近实际情况。本发明形式简单、设计合理、稳定性高，可以很好的满足试验需求。

附图说明

图1为本发明加载系统安装示意图；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明中约束夹具的结构示意图；

图4为本发明中试验件导轨的结构示意图；

图5为本发明中加载工装的结构示意图；

图6为本发明中气囊的结构示意图；

图7本发明中试验件的结构示意图；

图8为本发明使用状态示意图；

图9为本发明气囊加载控制系统示意图。

如图，钢构铸块-1、约束夹具-2、安装底板-201、侧板-202、顶板-203、限位块-204、安装孔-205、试验件导轨-3、加载工装-4、气囊-5、气嘴i-501、气嘴ii-502、气源-6、储气罐-7、进气开关-8、出气开关-9、进气限压阀-10、流量计-11、压力传感器-12、气压表-13、可编程控制器-14、排气口-15、试验件-16。

具体实施方式

下面结合附图所示，对本发明进行进一步说明：本发明为一种弧面压载荷加载系统，包括加载系统和气囊加载控制系统，其中，所述加载系统又包括钢构铸块1、约束夹2具、试验件导轨3、加载工装4、气囊5，所述钢构铸块1数量为n个，n≥6，通过n个钢构铸块1的固定连接构成试验平台，试验平台右侧设有约束夹具2，所述由安装底板201、侧板202、顶板203、限位块204、安装孔205构成，所述安装底板201通过螺栓固定安装在试验平台上，所述侧板202数量为2个，2个侧板202对称设置在安装底板201两侧，所述侧板202顶部通过顶板203相连接，每侧的侧板202前后对称设有限位块204，限位块204上开设有安装孔205，所述约束夹具2为一组共2个，所述约束夹具2内镶嵌有试验件导轨3，所述约束夹具2通过将螺栓穿过安装孔205与试验件导轨3相连接，约束夹具2主要作用是模拟试验件边界条件，所述试验件导轨3截面为与试验件相一致的形状，约束试验件水平和垂直方向自由度，释放轴向自由度，试验平台上左侧设有加载工装4，所述加载工装4固定安装在钢构铸块1上，其上预留有气嘴引出孔，所述加载工装4底部设有气囊5，加载工装4固定在气囊5外部，保证加压后气囊5贴合到预计施加面上，气囊5为静强度试验气压加载装置，与试验件加载表面贴合，所述气囊5上设有两个气嘴，分别为气嘴i、气嘴ii，通过将气嘴i501、气嘴ii502分别由加载工装4上预留的气嘴引出口引出实现加载工装4与气囊5的固定卡接；

所述气囊加载控制系统又包括气源6、储气罐7、进气开关8、出气开关9、进气限压阀10、压力传感器12、可编程控制器14、排气口15，所述气源6通过管路经储气罐7与气囊5的气嘴i相连接，储气罐7作为储气装置，试验时气源6给储气罐7充压，气体通过储气罐7进入气囊，保证充压过程平稳，所述储气罐7与气囊5之间的管路上依次安装有进气开关8、进气限压阀10，进气开关8打开时给气囊5充压，限值气压，进气限压阀10避免压力过高，保证试验安全，所述气囊5的气嘴ii通过管路与排气口15相连接，所述气囊5与排气口15之间的管路上安装有出气开关9，其打开时给气囊5泄压，所述气囊5的侧面通过管路与压力传感器12相连接，压力传感器12用于气囊5的压力控制与监视；

所述可编程控制器14分别通过管路连接进气开关8、出气开关9、进气限压阀10与压力传感器12，通过压力传感器12的反馈，控制进气开关8与出气开关9的开闭，形成闭环控制。

进一步的，所述加载工装4为半圆弧型结构。

进一步的，所述气囊5采用柔软的天然橡胶材料制作，其壁厚为2mm。

进一步的，还包括有流量计11、气压表13，所述流量计11、气压表13共2组，其中一组安装在进气限压阀10与气囊5之间的管路上，另一组安装在气囊5与出气开关9之间的管路上，流量计11、气压表13串联在控制系统中，流量计11用于调节充气与泄气速率，气压表13数值用于校对压力传感器12反馈；

工作原理：

试验时利用钢构铸块1搭建试验底座，支撑约束夹具2与加载工装4，约束夹具2通过螺栓与试验件导轨3连接，模拟试验件边界条件，约束试验件水平和垂直方向自由度；

气囊5根据弧面结构外形进行设计，气囊采用柔软的天然橡胶材料制作，保证壁厚2mm，橡胶分布均匀，保证气密不应有砂眼、气孔和其他杂质。气囊5通过加载工装4固定，保证气囊5贴合到预计施加面上。

气囊5安装之前，先利用控制系统对气囊进行逐级充压，保证加载系统稳定性和加载精度。满足试验要求后，按照图1与图2所示进行安装。试验时通过气源6给储气罐7加压，通过压力传感器12反馈的压力值，可编程控制器14控制进气开关8与出气开关9。当压力传感器12低于设定值时，出气开关9闭合，进气开关8打开；当压力传感器12大于设定值时，出气开关9打开，进气开关8闭合；当压力传感器12等于设定值时，出气开关9与进气开关8均闭合，压力满足试验要求，可开始试验；进气限压阀10用来设置限制气压，压力过高时进行泄压，保证试验安全；流量计11用来调节充气与泄气速率。控制系统串联两个气压表13，气压表数值用于校对压力传感器反馈，避免压力传感器12出现测量误差。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。