一种复合材料层合板法向压力试验装置

1.本发明属于航空航天实验设备与复合材料结构力学领域，更具体地，涉及一种复合材料层合板法向压力试验装置。


背景技术：

2.随着飞行器速度越来越快，使用环境越来越恶劣，复合材料层合板在壳面法向压力作用下的屈曲问题必须被考虑。潜地导弹从潜水艇上发射时，导弹的蒙皮会受到深海的巨大压力，蒙皮在水压的作用下易于发生屈曲，若采用复合材料层合板作为蒙皮材料，则层合板蒙皮在水压作用下的屈曲问题是必须考虑的。一些飞机在高速飞行时，机翼表面在气动压力的作用下出现了非常明显的屈曲变形，若采用层合板作为机翼蒙皮材料，则层合板蒙皮在气动压力作用下的屈曲问题必须考虑。然而，层合板的边长、长宽比、厚度、曲率、铺层角度等几何参数对层合板在法向压力下屈曲行为的影响是怎样的并不清楚。目前，没有相应的试验装置来执行试验研究。如果每变化一下层合板试验件的几何参数就要设计一个密闭容器，这样就会使整个研究的成本非常高。所以，设计一个既可以夹持不同几何参数(特别是不同长宽比)的层合板，又有较好的密封性能的试验装置很有必要。


技术实现要素：

3.针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合材料层合板法向压力试验装置，旨在解决现有的试验装置密封性较差、无法适配多样尺寸层合板试验件的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料层合板法向压力试验装置，自下而上包括夹持系统、第一壳体、第二壳体和密封盖；
5.所述第一壳体为立方体，其顶部与所述第二壳体通过焊接相连通，其底部设有第一翻边；
6.所述第二壳体的端口设有第二翻边，用于与所述密封盖相连；
7.所述密封盖上设有注水端口；
8.所述夹持系统通过所述第一翻边与第一壳体连接。
9.进一步地，所述夹持系统包括一副第一滑板、一副第二滑板和试件夹持边框；
10.所述试件夹持边框与待测的试验件通过粘连连接；
11.所述试件夹持边框的两组对边分别被第一滑板和第二滑板夹紧固定。
12.进一步地，所述第一滑板的端部设有u型槽；
13.所述第二滑板的侧部设有凸缘，与第一滑板的u型槽相匹配；
14.所述第二滑板的端部设有与试件夹持边框相匹配的u型槽。
15.进一步地，所述第一滑板的侧部分布有多个u型孔，使得所述第一滑板位于不同位置时均能与所述第一翻边固定。
16.进一步地，还包括固定耳片和支架；
17.所述固定耳片设置于第一壳体外侧，所述第一壳体与支架通过固定耳片连接。
18.进一步地，所述第二壳体为圆柱体。
19.进一步地，所述密封盖具有第三翻边，所述第三翻边与第二翻边通过螺栓和螺帽固定连接。
20.通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
21.(1)通过调整两个大滑板的位置和两个小滑板的位置，夹持系统可以夹持不同尺寸大小的试验件；通过调整试件夹持边框的厚度，使得试件层合板和夹持边框的总厚度不变，夹持系统可以夹持不同层合板厚度的试件；
22.(2)容器主体的圆柱壳体外翻边与密封盖的外翻边通过螺栓螺母连接，容器主体的立方腔体外翻边与大滑板通过螺栓螺母连接，大滑板端部u型槽与小滑板侧部凸缘相配合并用螺钉顶紧，试件夹持边框与大滑板端部u型槽和小滑板端部u型槽相配合并用螺钉顶紧，密封盖的设计使得可以从压力容器的内部进行密封处理，这些细节设计使得试验装置具有较好的密封性。
23.综上，实验装置可以有效夹持不同几何参数的试验件；实验装置从内部进行密封处理，可以获得较好的密封性；此外，实验装置通过固定耳片与地面固定连接，可以确保试验的安全性；实验装置的操作简单、可行。
附图说明
24.图1是本发明实施例复合材料层合板在法向压力作用下屈曲行为研究试验装置的三维图。
25.图2是本发明实施例试验装置的夹持系统的仰视图。
26.图3是本发明实施例试验装置的容器主体的立方腔体和圆柱壳体的三维图。
27.图4是本发明实施例试验装置的容器密封盖的三维图。
28.图5是本发明实施例试验装置的夹持系统的大滑板的三维图。
29.图6是本发明实施例试验装置的夹持系统的小滑板的三维图。
30.图7是本发明实施例试验件及其夹持边框的三维图。
31.附图标注：1
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立方腔体，2
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圆柱壳体，3
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容器密封盖，4
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固定耳片，5
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大滑板，6
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小滑板，7
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试验件，8
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试件夹持边框，9
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螺栓，10
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螺钉，11
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立方腔体外翻边，12
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圆柱壳体外翻边，13
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密封盖外翻边，14
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注水端口，15
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大滑板的u型孔，16
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大滑板端部的u型槽，17
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大滑板端部u型槽的螺纹孔，18
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小滑板侧部的凸缘，19
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小滑板端部的u型槽，20
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小滑板端部u型槽的螺纹孔。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.为实现上述目的，本发明实施例提供了一种复合材料层合板法向压力试验装置，自下而上包括夹持系统、第一壳体、第二壳体和密封盖；
34.所述第一壳体为立方体，其顶部与所述第二壳体通过焊接相连通，其底部设有第
一翻边；
35.所述第二壳体的端口设有第二翻边，用于与所述密封盖相连；
36.所述密封盖上设有注水端口；
37.所述夹持系统通过所述第一翻边与第一壳体连接。
38.进一步地，所述夹持系统包括一副第一滑板、一副第二滑板和试件夹持边框；
39.所述试件夹持边框与待测的试验件通过粘连连接；
40.所述试件夹持边框的两组对边分别被第一滑板和第二滑板夹紧固定。
41.进一步地，所述第一滑板的端部设有u型槽；
42.所述第二滑板的侧部设有凸缘，与第一滑板的u型槽相匹配；
43.所述第二滑板的端部设有与试件夹持边框相匹配的u型槽。
44.进一步地，所述第一滑板的侧部分布有多个u型孔，使得所述第一滑板位于不同位置时均能与所述第一翻边固定。
45.进一步地，还包括固定耳片和支架；
46.所述固定耳片设置于第一壳体外侧，所述第一壳体与支架通过固定耳片连接。
47.进一步地，所述第二壳体为圆柱体。
48.进一步地，所述密封盖具有第三翻边，所述第三翻边与第二翻边通过螺栓和螺帽固定连接。
49.下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。
50.一种用于复合材料层合板在法向压力作用下屈曲行为研究的试验装置，该试验装置包含压力容器和夹持系统两部分，如图1
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2所示。压力容器包含：容器主体的立方腔体1，容器主体的圆柱壳体2，容器密封盖3，固定耳片4。夹持系统包含大滑板5、小滑板6和试件夹持边框8。该试验装置既可用来夹持不同几何参数的层合板，又有较好的密闭性，保证容器内的压力足够大，使得层合板试验件发生屈曲。各部分的连接情况：容器主体的立方腔体与圆柱壳体通过焊接连接在一起；圆柱壳体与密封盖通过螺栓螺帽连接固定；固定耳片通过支架与地面连接固定；大滑板与立方腔体通过螺栓螺帽连接固定；大滑板端部u型槽与试件夹持边框相配合，用螺钉顶紧；小滑板端部u型槽与试件夹持边框相配合，用螺钉顶紧；小滑板侧部凸缘与大滑板端部u型槽相配合，用螺钉顶紧；试验件与试件夹持边框通过粘接连接。
51.图3为容器主体的立方腔体和圆柱壳体的三维图。容器主体由立方腔体1和圆柱壳体2组成，它们之间通过焊接连接在一起，立方腔体外翻边通过螺栓螺母与大滑板连接，圆柱壳体端口有外翻边12，其通过螺栓螺帽与密封盖外翻边13连接，密封盖上有注水端口14，设计密封盖3的目的为：试验件通过大滑板5和小滑板6夹持之后，方便在容器主体内部进行密封处理。通过固定耳片4与支架连接，支架与地面紧固连接，确保试验的安全性。容器主体的立方腔体和圆柱壳体的材料为金属材料，把容器主体设计成两部分是为了便于其与大滑板和密封盖连接。
52.图4为容器密封盖的三维图。容器密封盖的材料为金属材料，密封盖上有注水端口。密封盖外翻边通过螺栓螺母与圆柱壳体外翻边连接。
53.图5为夹持系统的大滑板的三维图。大滑板的材料为金属材料。大滑板的u型孔设计使得大滑板位于不同位置时，都能与立方腔体外翻边连接固定。大滑板端部u型槽与小滑
板侧部凸缘相配合。大滑板端部u型槽的螺纹孔的作用是：螺钉旋入螺纹孔，顶紧试件夹持边框和小滑板侧部凸缘，固定试验件和小滑板。
54.图6为夹持系统的小滑板的三维图。小滑板的材料为金属材料。小滑板侧部凸缘与大滑板端部u型槽相配合，小滑板端部u型槽与试件夹持边框相配合。小滑板端部u型槽的螺纹孔的作用是：螺钉旋入螺纹孔，顶紧试件夹持边框，固定试验件。
55.图7为试验件和试件夹持边框的三维图。试验件材料为复合材料层合板，夹持边框材料为金属材料。试件夹持边框与大、小滑板端部的u型槽相配合。对于不同层合板厚度的试验件，通过调整试件夹持边框的厚度，使得试验件和试件夹持边框的总厚度不变。
56.移动两个大滑板5使得它们之间的间距为试验件的短边长度，大滑板5与立方腔体外翻边11通过螺栓9与螺母连接固定，大滑板的u型孔15设计使得滑板位于不同位置时，都能与立方腔体外翻边11固定。大滑板的端部有u型槽16，它与小滑板的侧部凸缘18相配合，小滑板的端部也有u型槽19。
57.小滑板6与试验件7的安装顺序为：先把试验件7滑入中间的位置，然后把螺钉10旋入大滑板端部u型槽的螺纹孔17，顶紧试件夹持边框8，再分别滑入两块小滑板6，小滑板端部的u型槽19与试件夹持边框8相配合，接着把螺钉10旋入小滑板端部u型槽的螺纹孔20，顶紧试件夹持边框8，最后用螺钉10固定小滑板6的位置。对于不同层合板厚度的试验件7，通过调整试件夹持边框8的厚度，使得试验件7和试件夹持边框8的总厚度不变。
58.试验装置的组装和试验件的夹持可以分为以下几步：
59.1、移动2个大滑板使得它们之间的间距为试验件的短边长度，大滑板与立方腔体外翻边通过螺栓与螺母连接固定；
60.2、先把试验件滑入大滑板中间的位置，通过螺钉顶紧试件夹持边框；
61.3、分别滑入两块小滑板，通过螺钉顶紧试件夹持边框和固定小滑板的位置；
62.4、在压力容器内部对夹持系统部分进行密封处理；
63.5、通过螺栓螺母连接容器主体的圆柱壳体外翻边和密封盖；
64.6、通过固定耳片与地面固定连接；
65.7、注水端口与注水管连接。
66.七步之后就完成了试验装置的组装和试验件的夹持。在试验过程中，通过注水端口向压力容器注水，使之内部压力逐渐增大，直至试验件发生屈曲。
67.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。