一种悬臂落锤冲击载荷实验装置及冲击载荷修正方法与流程

1.本技术属于飞机零部件载荷试验领域，特别涉及一种悬臂落锤冲击载荷实验装置及冲击载荷修正方法。


背景技术：

2.航空发动机在某些极端工况下会承受冲击载荷，通常会开展发动机零部件冲击加载试验以考核零部件的抗冲击能力，用以在整机包容试验等重大试验的前期开展零部件的抗冲击验证，并且为零部件的结构改进提供有效验证手段。
3.对结构件开展冲击加载试验过程中，由于试验件通常为柔性构件，加载过程中试验件会产生一定变形，变形会产生较大的加速度。另外，对于结构件的冲击加载，力传感器与结构件加载位置之间往往需要安装转接件，用于传递冲击力，转接件跟随试验件产生位移和加速度。产生的试验件和转接件这两方面的加速度会对传递给试验件的冲击力产生影响，导致出现误差。
4.在结构冲击试验中，传感器作为测力元件，测试施加到试验件的冲击力。对于传统的冲击试验台，传感器安装在刚性试验台上，冲击载荷施加到试验件，再将冲击力传递给传感器。对试验件施加冲击载荷产生的变形或运动位移主要作用在试验件上，并不能使传感器产生较大的运动位移，也不会产生较大的加速度。此时传感器本身的惯性力与测得的冲击力相比可以忽略。而在开展结构件的冲击加载试验时，传感器通过转接件连接到试验件上，试验件的变形较大导致传感器与其同时运动而产生加速度，从而在传感器上引入了惯性力。此惯性力会影响传感器的测试精度，因此需要一种能够修正冲击导致的传感器惯性力的方法。目前对于结构件在承受冲击载荷的传感器测试结果的修正方法方面未见相关报道。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本技术提供了一种悬臂落锤冲击载荷实验装置，其特征在于，包括：
6.冲击加载结构具有相互垂直连接的支臂的一端通过铰接点铰接于安装座；所述支臂具有第一壁面以及与其对面的第二壁面；
7.所述第二壁面连接有柔性支撑件，所述柔性支撑件一端固定于台面，另一端支撑所述第二壁面，柔性支撑件支撑所述冲击加载结构使所述第一壁面水平；
8.所述第一壁面具有冲击点，所述冲击点处安装有轴线垂直于地面的落锤约束筒，落锤约束筒的筒内具有沿落锤约束筒轴向滑动的质量块，质量块连接有安装于落锤约束筒的释放机构。
9.优选的是，所述柔性支撑件包括一个弹簧或者多个弹簧的组合。
10.优选的是，所述多个弹簧的组合包括多个弹簧的并联或者串联。
11.优选的是，所述柔性支撑件包括一端固定的弹性悬臂梁，所述悬臂梁的自由端支
撑所述第二壁面。
12.优选的是，所述柔性支撑件包括缓冲器。
13.优选的是，柔性支撑件的弹性系数k、柔性支撑件行程l、冲击加载结构重量g，满足g大于kl/3且小于kl/2，上述技术特征经过多次试验的数据收集，弹性系数k在所述区间，能够使试验结果更加精确。
14.一种悬臂落锤冲击载荷惯性力修正方法，采用悬臂落锤冲击载荷实验装置，所述方法具体为：
15.步骤s1：将试验件通过转接件与力传感器连接于第一壁面一位置处；按预设高度释放质量块至所述冲击点，获取力传感器显示的第一冲击力fc(t)；
16.步骤s2：将试验件拆除，将加速度传感器安装在力传感器上，按预设高度释放质量块至所述冲击点，获取力传感器显示的第二冲击力fg(t)；获取加速度传感器测得的加速度a(t)；
17.步骤s3：确定加速度传感器与转接件产生惯性力的等效质量me；
18.步骤s4：获取加速度传感器与转接件的质量，并基于所述等效质量me与加速度a(t)，确定加速度传感器与转接件的修正冲击力；
19.步骤s5：基于所述修正冲击力，修正所述第一冲击力fc(t)得到修正后试验件承受的冲击力f(t)。
20.优选的是，第二冲击力fg(t)取值试验过程中的峰值，加速度a(t)取值试验过程中的峰值。
21.优选的是，获取多次试验的等效质量m
ei
，取多次试验的平均值作为最终的等效质量me。
22.优选的是，选取预设时间段t1～t2等效质量me(t)，通过积分平均处理获得等效质量me。
23.本技术的优点包括：
24.1、给出了一种对悬臂落锤冲击加载载荷进行惯性力修正的具体方法；
25.2、采用不同的支撑形式，可以对传感器产生不同的加速度，从而可以修正得到的加速度等效质量随加速度变化的关系，可以对传感器测试结果的修正作进一步的细化分析。
26.3、通过本发明可以解决难以获取传感器自身等效质量，从而有效计算惯性力的问题，能有效的提高冲击载荷测试精度。
附图说明
27.图1是本技术一优选实施方式悬臂落锤冲击载荷实验装置与试验件9连接图；
28.图2是本技术一优选实施方式悬臂落锤冲击载荷实验装置去除试验件9的连接图；
29.图3柔性支撑件2是弹簧的示意图；
30.图4柔性支撑件2是并联弹簧示意图；
31.图5柔性支撑件2是串联弹簧示意图；
32.图6柔性支撑件2是缓冲器示意图；
33.图7柔性支撑件2是悬臂梁示意图。
具体实施方式
34.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
35.如图1所示，一种悬臂落锤冲击载荷实验装置，其特征在于，包括：
36.冲击加载结构4具有相互垂直连接的支臂的一端通过铰接点铰接于安装座1；所述支臂具有第一壁面以及与其对面的第二壁面；
37.所述第二壁面连接有柔性支撑件2，所述柔性支撑件2一端固定于台面，另一端支撑所述第二壁面，柔性支撑件2支撑所述冲击加载结构4使所述第一壁面水平；
38.所述第一壁面具有冲击点，所述冲击点处安装有轴线垂直于地面的落锤约束筒5，落锤约束筒5的筒内具有沿落锤约束筒5轴向滑动的质量块6，质量块6连接有安装于落锤约束筒5的释放机构7。
39.柔性支撑件的刚度决定了通过图2的冲击加载形式能产生多大的加速度，由此获取不同加速度对应的等效质量，因此对于柔性支撑件2的结构非常重要，其首先需要能够承受加载悬臂和力传感器的重量，以在冲击加载前保持加载悬臂和力传感器的静态平衡；更重要的是需要柔性支撑件提供不同的支撑刚度，以在冲击加载条件下对力传感器产生不同的加速度。柔性支撑件的形式包括：
40.1弹簧，刚度可以通过弹簧参数较为容易选型或调整。
41.2弹簧组件，通过弹簧串联如图4和并联如图5的方式，调节出不同弹性系数k即支撑刚度大小的支撑组件。
42.3悬臂梁方式，如图7，悬臂截面尺寸确定后，可以通过悬臂的不同长度，调整出在一定范围内连续变化的支撑刚度。
43.4液压缓冲器，如图6，可以作为一种加速度调节装置，作为以上刚度调节柔性支撑件的补充。
44.进一步的，柔性支撑件2的弹性系数k、柔性支撑件2行程l、冲击加载结构4重量g，满足g大于kl/3且小于kl/2，上述技术特征经过多次试验的数据收集，弹性系数k在所述区间，能够使试验结果更加精确。
45.一种悬臂落锤冲击载荷惯性力修正方法，采用悬臂落锤冲击载荷实验装置，所述方法具体为：
46.步骤s1：将试验件9通过转接件8与力传感器3连接于第一壁面一位置处；按预设高度释放质量块6至所述冲击点，获取力传感器3显示的第一冲击力fc(t)，如图1所示；
47.步骤s2：将试验件9拆除，将加速度传感器11安装在力传感器3上，按预设高度释放质量块6至所述冲击点，获取力传感器3显示的第二冲击力fg(t)；获取加速度传感器11测得的加速度a(t)；
48.步骤s3：确定加速度传感器11与转接件8产生惯性力的等效质量me；
49.根据冲击加载下传感器的平衡方程：
50.fg(t)＝mea(t)
51.me＝fg(t)/a(t)
52.步骤s4：获取加速度传感器11与转接件8的质量，并基于所述等效质量me与加速度a(t)，确定加速度传感器11与转接件8的修正冲击力；具体为：
53.若传感器与试验件之间采用了转接件连接，见图1中转接件8所示。则转接件质量计入惯性力质量中：
54.me＝me+mz55.mz是加速度传感器11与转接件8的质量；mz通过称重测得；
56.me是加速度传感器11与转接件8的等效总质量；
57.步骤s5：基于所述修正冲击力，修正所述第一冲击力fc(t)得到修正后试验件承受的冲击力f(t)
58.对于试验件，根据其力平衡方程，可得产生的冲击力修正后的结果为：
59.f(t)＝fc(t)+mea(t)
60.其中，f(t)——修正后试验件承受的冲击力。
61.进一步的，第二冲击力fg(t)取值试验过程中的峰值，加速度a(t)取值试验过程中的峰值，
62.由此可以得到：
63.me＝f
gmax
/a
max
64.进一步的：
65.f
max
＝f
cmax
+m
eamax
66.上述公式对加速度的正负未考虑，实际测试过程中需要将测试过程中的加速度的正负考虑进计算结果中。
67.按照图1所示的加载方式，冲击力幅值f
max
应该会小于f
max
，因为惯性力会平衡掉一部分力，从而使实际冲击力结果偏小。
68.进一步的，获取多次试验的等效质量m
ei
，取多次试验的平均值作为最终的等效质量me。
69.进一步的，选取预设时间段t1～t2等效质量me(t)，通过积分平均处理获得等效质量me，即：
[0070][0071]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。