专利名称：压剪复合加载方案及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于结构实验力学技术领域。
平板和加筋平板是飞行器翼面、舰艇等结构中的典型受力构件，它们大多都处于压(缩)和剪(切)复合受力状态，这类构件在压剪复合下的稳定性(屈曲)和强度是结构力学中的一类重要研究课题。由于对单块平板、加筋板实现压剪复合加载十分困难，长期以来，工程上都是以板受单一压缩和受纯剪载荷的试验结果，通过经验的或分析的“相关公式”的方法，估算板在复合载荷下的稳定性，以及板材在复杂受力状态下的强度。为了校核其实际强度，只有通过少量的板件组合而成“盒段”(或称“盒式梁”)的弯扭联合载荷试验加以试验验证。这样做，作一块板件试验，需用四件试件，耗资巨大。尤其是对于价格十分昂贵的先进复合材料结构，采用“盒段”进行广泛的试验研究几乎不可能。
为了解决这一问题，本发明提出了一种由单一轴压，实现对矩形平板和加筋矩形平板施加压、剪复合加载的新方法。并按这一原理研制了专用装置(夹具)，利用此装置可以在普通压力试验机上对矩形平板、加筋矩形平板同时施加均匀压缩和剪切复合载荷，进行板的稳定性和材料强度的试验研究。
附图
一为处于均匀轴压下的矩形板的受力图。
本发明的基本原理是若在附图一所示的处于均匀轴压下的矩形板中取出一矩形板ABCD，根据受力分析它处于双向压缩和纯剪状态，而实际构件的壁板大多处于单向轴压Nx和纯剪Nxy的复合受力状态，因此，只要设法消除横向压力Ny，即可模拟实际构件的受力情况(Nx+Nxy)。
附图二给出了实现本发明的方法简图。
实现本发明的具体方法是
1.将一般竖直放置的矩形板倾斜一个角度α，令其四边与Ⅰ1(右上)、Ⅰ2(左下)、Ⅱ1(左上)Ⅱ2(右下)四个斜加载块相连，当加载块的平端受到均匀轴压时，则使矩形板ABCD受到复合加载(Nx+Ny+Nxy)。设试验机的轴压合力为P，Ⅰ(右上、左下)、Ⅱ(左上、右下)加载块平端的合力则分别为PⅠ＝a/cPcosαPⅡ＝b/cPsinα式中a、b分别为矩形板的长度和宽度，c为加载块平端的总长度。由Ⅰ加载块的斜面传到矩形板端面AB边(右上边)、CD边(左下边)的轴压力Nx和剪力Nxy1分别为Nx＝a/cPcos2αNxy1＝a/cPcosαSinα由Ⅱ加载块的斜面传到矩形板侧边BG边(右侧边)、AD边(左侧边)的剪力Nxy2和横压力Ny分别为Nxy2＝b/cPSinαCosαNy＝b/cPSin2α矩形板四边所受的剪流均为q＝Nxy1/a＝Nxy2/b＝p/cSinαCosα压剪比可由矩形板的倾角α控制Nxy1/Nx＝tgα2.由一套支持系统消除加在板BC、AD边上的横向压力Ny。因Ny自身平衡，支持系统不会影响试验机加载，也不会使试验机受到附加载荷。
3.在设计加载块时，令其相互独立，并可以任意倾斜，以保证矩形板受力后能自由地剪切变形和压缩。
4.对于加筋板，为使剪心和压心重合，可采用两块板背对背、对称配置的方法加以解决。
5.为实现矩形板四边的简支、夹支等边界条件，只需另外设计一套支持系统即可。
附图三给出了实现这一方法的一种具体装置图。
图中(1)为压力机上压头(或上加力座)、(2)为消重装置(弹簧)、(3)为主加载块、(4)为斜撑杆、(5)为加载板、(6)为销钉、(7)为下横梁、(8)为加力座、(9)为压力机座、(10)为铰支柱、(11)为上横梁、(12)为侧加载块、(16)为铰支柱、(17)为铰支底座。
下面结合附图三具体说明本发明。
实现本发明的装置由加载系统和支持系统两部分组成。加载系统由两个主加载块(3)、两个侧加载块(12)、两个加载板(5)、销钉(6)、加力座(8)、铰支柱(10)(16)、铰支底座组成(17);支持系统由边框立柱(15)、上横梁(11)、下横梁(7)、斜撑杆(4)、消重装置(弹簧)组成(2)。试件(矩形板)(14)置于加载系统中部，按给定的压剪比(Nxy1/Nx＝A)确定其斜置倾角α(α＝aγctgA)，板的四边与四个相互独立的主、侧加载块相连，压力机的轴压P由压力机上压头(1)通过铰支柱(10)(J，K)传到主、侧加载块(3)(12)的平端，主、侧加载块的斜面则对试件(矩形板)(14)实现复合加载。试件的侧边加工有滑槽(13)，通过螺栓与加载板(5)和侧加载块(12)相连，加载板上还连有销钉(6)，侧加载块斜边的横向压力Ny通过销钉(6)传到斜撑梁(4)。斜撑梁与边框立柱(15)及上、下横梁(11)(7)相连，组成一受力框架，由于Ny为自身平衡力，故框架受到Ny后不会对压力机引起附加载荷。由于加载块与试件的连接采用滑槽形式，连接螺栓可沿滑槽作横向滑动，Ny横向压力不能加在试件上，试件只承受Nxy剪力。为使试件自由地剪切变形和压缩变形，下加力座(8)下面又增设一铰支柱(16)，通过加力座的自由倾斜以适应试件的剪切和压缩变形。
附图四给出了实现本发明的另一方案。
在附图四中(1)为上加力座，(2)为消除固定重量装置(弹簧)、(3)为边框立柱，(4)为主加载块、(5)为加剪力耳座、(6)为承横向压力耳座、(7)为侧加载耳座、(8)为下横撑梁、(9)为铰支底座、(10)为铰支柱、(11)为上横梁、(12)为试件、(13)为连接螺栓、(14)为铰支柱、(15)为下加力座。
该方案所提供的压剪复合加载夹具也由加载系统和支持系统两部分组成。加载系统由两个主加载块(4)、两个加剪力耳座(5)、两个侧加载耳座(7)、连接螺栓(13)、铰支底座(9)、铰支柱(10)(14)、上加力座(1)、下加力座(15)组成;支持系统由边框立柱(3)、上下横撑梁(11)(8)、两个承横向压力耳座(6)、消除固定重量装置(弹簧)组成。当压力机施加压力P时，压力P通过铰支柱(10)(K、J)传到主加载块(4)和侧加载耳座(6)，主加载块平端的集中力经过扩散使它的斜边相连的矩形板试件边上受到均匀的压剪复合载荷(Nx+Nxy)。试件的侧边与加剪力耳座(5)相连，剪力耳座上开有横向滑槽，通过连接螺栓(13)与侧加载耳座(7)和承横向压力耳座(6)相连，承横向压力耳座上开有纵向滑槽。侧加载耳座平端的集中力通过连接螺栓(13)使剪力耳座受到垂直于其滑槽方向的剪力，只要剪力耳座的高度设计合适，集中剪力经过扩散后使试件侧边只承受均匀的剪力Nxy，连接螺栓同时使承横向压力耳座受到垂直于其滑槽方向的横压力Ny，由于左右两侧边的横向压力Ny自身平衡，故当它传入由立柱(3)和上下横撑梁(11)(8)组成的支持系统时，不会对压力机引起附加载荷。从而使试件处于压剪复合Nx+Nxy的受力状态。与前一方案类似，在下加力座(15)下面又增设一铰支柱(14)，通过加力座的自由倾斜以适应试件的剪切和压缩变形。
为实现试件四边的典型简支和夹支等边界条件，还需另外设计附加支持系统(附图四中未示出)，通常采取在板的正面和背面设置刀口的方式即可实现简支边界条件;采取在板的正面和背面设置夹持的方式即可实现夹支边界条件。
权利要求
1.一种在普通压力试验机上对矩形平板、加筋矩形平板同时施加均匀压剪复合载荷的方法，其特征是将板件倾斜一个角度α，板的四边与四个斜加载块相连，加载块平端受压。平板所受压剪载荷比可通过调整倾角α控制。
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征是它由加载系统和支持系统两部分组成。
3.一种如权利要求1和2所述的装置，其特征是加载系统由两个主加载块、两个侧加载块、加载板、销钉、加力座、铰支底座组成;支持系统由边框立柱、上横梁、下横梁、斜撑杆、消重装置(弹簧)组成。
4.一种如权利要求1和2所述的装置，其特征是加载系统也可由两个主加载块、两个加剪力耳座、铰支底座、连接螺栓、铰支座、上下加力座组成，此时的支持系统由边框立柱、上下横撑梁、两个承横向压力耳座、消除固定重量装(弹簧)组成。
全文摘要
本发明属于结构实验力学领域。提供了一种在普通压力试验机上以单一轴压实现对矩形板的压剪复合加载的方法及装置。其基本方法是将一般正常竖立的试验板倾斜一个角度α，四边与四个斜加载块相连，加载块平端受压。本发明方法简便，装置简单，试验成本低，技术效果好，可广泛应用于飞行器、舰艇等产品结构在复合受载下的稳定性和在复杂应力状态下的材料强度试验研究中。
文档编号G01N3/00GK1046223SQ8910213
公开日1990年10月17日 申请日期1989年4月7日 优先权日1989年4月7日
发明者童贤鑫 申请人:航空航天部第六二三研究所