一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置及测量方法

专利名称：一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置及测量方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111207228.4

专利申请（专利权）人：中国航发北京航空材料研究院
权利人地址：北京市海淀区北京市81号信箱

专利发明（设计）人：邓立伟,王雅娜,王翔,宋世杰

专利摘要：本发明属于复合材料力学性能测试技术领域，涉及一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置及测量方法。本发明包括夹头、上安装座、下安装座、标距调节组件和对中组件。本发明通过线性滑块和导轨配合确保上、下安装座的对中精度、可适配常规COD引伸计或纵向引伸计、可高精度和高可靠性测量D型梁平板试验件孔间变形、可适配各种孔径尺寸的D型梁平板试验件四项技术措施达到高效率、高可靠性和高精度测量平板试验件孔间变形和刚度测量。本发明可以规避试验机系统柔度对横梁法测试结果的影响，装置测量精度、准确度、可靠性远高于横梁位移法测试结果，稳定性和效率远高于DIC法测试结果。

主权利要求：
1.一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，其特征是：包括夹头、上安装座、下安装座、标距调节组件和对中组件：所述夹头包括两个U型夹块(1)和两个销钉(2)，将试验件分别放入2个U型夹块(1)内，2个销钉(2)分别穿过2个U型夹块(1)及上安装座和下安装座，通过顶丝分别将2个销钉(2)与上安装座、下安装座固定；所述标距调节组件一端与上安装座连接，另一端与下安装座连接；所述对中组件包括2个线性滑块(10)和导轨(11)；2个线性滑块(10)分别安装在上安装座、下安装座上，导轨(11)安装在上、下两个线性滑块(10)内；
所述上安装座及下安装座包括基座(3)和变径环(4)，变径环(4)安装在基座(3)的圆孔内；销钉(2)穿过变径环(4)，变径环(4)与基座(3)间隙配合；
所述标距调节组件包括上连杆(5)、下连杆(6)，连杆套(7)、定位销(8)和刀片(9)，上连杆(5)插入上安装座中基座(3)的圆孔内，刀片(9)固定在上连杆(5)的下端和下连杆(6)的上端，下连杆(6)穿过连杆套(7)，再将下连杆(6)插入下安装座中基座(3)的圆孔内；
所述的连杆套(7)上设有标距定位孔(14)，定位销(8)插入标距定位孔(14)内；
所述的连杆套(7)的上、下端面设有对准刻线(15)，上连杆(5)的下端和下连杆(6)的上端设有基准刻线(16)，旋转连杆套(7)，使对准刻线(15)与基准刻线(16)对齐。
2.根据权利要求1所述的复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，其特征是：所述的上安装座、下安装座的基座(3)上设有多个连杆定位螺纹孔(13)，通过顶丝固定标距调节组件，并可调整上连杆(5)、下连杆(6)位置。
3.根据权利要求1所述的复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，其特征是：所述的连杆套(7)的侧面设有观察口(17)。
4.根据权利要求1所述的复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，其特征是：所述的连杆套(7)上、下两侧各设有连杆套锁紧螺纹孔(18)，通过螺栓锁紧连杆套(7)。
5.一种复合材料D型梁平板试验件刚度测量方法，其特征是：使用如权利要求1‑4中任意一项权利要求所述的一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，具体步骤如下：
1)将复合材料D型梁试验件放入U型夹块(1)内，再将销钉(2)穿过U型夹块和试样上的圆孔；
2)将上安装座和下安装座分别穿过上、下两个销钉(2)；
3)将两个线性滑块(10)分别安装在上安装座和下安装座上；
4)再将导轨(11)穿过上、下两个线性滑块(10)中并固定，然后锁紧上安装座和下安装座，取下导轨(11)；
5)将刀片(9)安装在上连杆(5)的下端和下连杆(6)的上端，将下连杆(6)插入下安装座中基座(3)的圆孔内，调整下连杆(6)位置并通过顶丝固定在基座(3)上，使下连杆(6)穿过连杆套(7)，将上连杆(5)插入上安装座中基座(3)的圆孔内，再将连杆套(7)向上滑动到上连杆(5)和下连杆(6)之间，将两个定位销(8)插入连杆套(7)的标距定位孔(14)内，调整连杆套(7)的位置，直至下连杆(6)的上端面接触下侧定位销(8)，上连杆(5)下端面接触上侧定位销(8)，旋转连杆套(7)和上连杆(5)，使下连杆(6)和上连杆(5)上的基准刻线(16)和连杆套(7)上的对准刻线(15)对齐，锁紧连杆套(7)，锁紧上连杆(5)，最后取下两个定位销(8)，松开连杆套(7)并放置在下安装座上；
6)将COD引伸计安装在刀片(9)上；
7)COD引伸计位移清零；
8)测量静刚度时，启动试验机对试样逐级加载并记录各级载荷和对应的COD引伸计位移数据，利用各级载荷和对应的孔间位移增量计算复合材料D型梁平板试验件在各级载荷下刚度；
9)测量疲劳动刚度时，启动试验机对试样施加疲劳载荷并记录COD引伸计位移数据；利用疲劳载荷峰、谷值和对应的位移值计算复合材料D型梁平板试验件的疲劳动刚度。
6.如权利要求5所述的复合材料D型梁平板试验件刚度测量方法，其特征是：如果只测静刚度时，选用纵向引伸计，则无需进行步骤5)中的标距设置，直接将纵向引伸计安装在上连杆(5)和下连杆(6)之间。 说明书 : 一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置及测量方法技术领域[0001] 本发明属于复合材料力学性能测试技术领域，涉及一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置及测量方法。背景技术[0002] 复合材料D型梁平板试验件经过不同载荷水平下的拉‑拉疲劳试验后，需要进行刚度测量。目前，复合材料D型梁平板试验件的变形测量主要有两种方法，一种是将试验机的横梁位移近似视作D型梁平板试验件的变形，但因为试验机自身具有柔度，所以通过这种方法得到的变形量偏大，测量的刚度偏低；另一种是采用DIC技术，即非接触光学测量技术，这种方法的缺点是精度不高，且对试验环境要求较高，测试结果分散性比较大，数据可靠性低。因此，急需一种精度更高，数据更稳定的复合材料D型梁平板试验件孔间变形测量装置和刚度测量方法。发明内容[0003] 本发明的目的：提出一种精度更高，数据更稳定的复合材料D型梁平板试验件孔间变形测量装置和刚度测量方法，能够满足复合材料D型梁平板试验件孔间变形测量和刚度测量的要求。[0004] 本发明的技术解决方案：[0005] 一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，包括夹头、上安装座、下安装座、标距调节组件和对中组件：所述夹头包括两个U型夹块1和两个销钉2，将试验件分别放入2个U型夹块1内，2个销钉2分别穿过2个U型夹块1及上安装座和下安装座，通过顶丝分别将2个销钉2与上安装座、下安装座固定；所述标距调节组件一端与上安装座连接，另一端与下安装座连接；所述对中组件包括2个线性滑块10和导轨11；2个线性滑块10分别安装在上安装座、下安装座上，导轨11安装在上、下两个线性滑块10内。[0006] 所述上安装座及下安装座包括基座3和变径环4，变径环4安装在基座3的圆孔内；销钉2穿过变径环4，变径环4与基座3间隙配合。[0007] 所述标距调节组件包括上连杆5、下连杆6，连杆套7、定位销8和刀片9，上连杆5插入上安装座中基座3的圆孔内，刀片9固定在上连杆5的下端和下连杆6的上端，下连杆6穿过连杆套7，再将下连杆6插入下安装座中基座3的圆孔内。[0008] 所述的上安装座、下安装座的基座3上设有多个连杆定位螺纹孔13，通过顶丝固定标距调节组件，并可调整连杆位置。[0009] 所述的连杆套7上设有标距定位孔14，定位销8插入标距定位孔14内。[0010] 所述的连杆套7的上、下端面设有对准刻线15，上连杆5的下端和下连杆6的上端设有基准刻线16，旋转连杆套7，使对准刻线15与基准刻线16对齐。[0011] 所述的连杆套7的侧面设有观察口17。[0012] 所述的连杆套7上、下两侧各设有连杆套锁紧螺纹孔18，通过螺栓锁紧连杆套7。[0013] 一种复合材料D型梁平板试验件刚度测量方法，具体步骤如下：[0014] 1）将复合材料D型梁试验件放入U型夹块1内，再将销钉2穿过U型夹块和试样上的圆孔；[0015] 2）将上安装座和下安装座分别穿过上、下两个销钉2；[0016] 3）将两个线性滑块10分别安装在上安装座和下安装座上；[0017] 4）再将导轨11穿过上、下两个线性滑块10中并固定，然后锁紧上安装座和下安装座，取下导轨11；[0018] 5）将刀片9安装在上连杆5的下端和下连杆6的上端，将下连杆6插入下安装座中基座3的圆孔内，调整下连杆6位置并通过顶丝固定在基座3上，使下连杆6穿过连杆套7，将上连杆5插入上安装座中基座3的圆孔内，再将连杆套7向上滑动到上连杆5和下连杆6之间，将两个定位销8插入连杆套7的标距定位孔14内，调整连杆套7的位置，直至下连杆6的上端面接触下侧定位销8，上连杆5下端面接触上侧定位销8，旋转连杆套7和上连杆5，使下连杆6和上连杆5上的基准刻线16和连杆套7上的对准刻线15对齐，锁紧连杆套7，锁紧上连杆5，最后取下两个定位销8，松开连杆套7并放置在下安装座上；[0019] 6）将COD引伸计安装在刀片9上，直接将纵向引伸计安装在上连杆5和下连杆6上；[0020] 7）引伸计位移清零；[0021] 8）测量静刚度时，启动试验机对试样逐级加载并记录各级载荷和对应的引伸计位移数据，利用各级载荷和对应的孔间位移增量计算复合材料D型梁平板试验件在各级载荷下刚度；[0022] 9）测量疲劳动刚度时，启动试验机对试样施加疲劳载荷并记录引伸计位移数据；利用疲劳载荷峰、谷值和对应的位移值计算复合材料D型梁平板试验件的疲劳动刚度。[0023] 如果只测静刚度时，选用纵向引伸计，则无需进行步骤5中的标距设置，直接将纵向引伸计安装在上连杆5和下连杆6之间。[0024] 本发明具有的优点和有益效果[0025] 复合材料D型梁是直升机机身结构中的一种主承力部件，合理的设计有助于提高直升机的安全性和使用寿命，D型梁平板试验件需要进行静刚度和动刚度测量，以获得用于强度设计的刚度数据，本发明提供了一种复合材料D型梁平板试验件孔间变形测量装置和刚度测量方法，可用于测量复合材料D型梁平板试验件孔间变形和刚度，其特点是：可以确保上、下安装座的对中精度；可以适配常规COD引伸计或纵向引伸计并快速准确适配COD引伸计的标距；可以高精度和高可靠性测量D型梁平板试验件孔间变形；可以适配各种孔径尺寸的D型梁平板试验件。[0026] 采用由线性滑块和导轨组成的对中组件保证上、下安装座的对中精度，为后续上、下连杆对中提供保障；使用常规COD引伸计或纵向引伸计测量孔间变形，标距调节组件可以快速、准确适配COD引伸计的标距；规避试验机系统柔度对横梁法测试结果造成的影响，装置测量精度、准确度和可靠性远高于横梁位移法测试结果，稳定性和效率优于DIC法测试结果；通过更换变径环，可以快速适配各种孔径尺寸的D型梁平板试验件。[0027] 本发明解决了采用横梁位移法测量D型梁平板试验件孔间变形和刚度准确性差和采用DIC方法测量孔间变形和刚度数据分散性大、可靠性差、效率低的问题，提供了一种采用常规COD引伸计和纵向引伸计测量D型梁平板试验件孔间变形的装置和刚度测量方法。该装置和方法简单易用，可以为复合材料强度部门提供快速、高精度、高可靠性的试验解决方案。附图说明[0028] 图1是本发明装置的三维视图。[0029] 图2是图1中轴套位置的放大视图。[0030] 图3是图2隐藏轴套后的三维视图。具体实施方式[0031] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述。如图1至图3所示，[0032] 一种复合材料D型梁试验件孔间变形测量装置，包括夹头、上安装座、下安装座、标距调节组件和对中组件：所述夹头包括两个U型夹块1和两个销钉2，将试验件分别放入2个U型夹块1内；所述上安装座及下安装座包括基座3和变径环4，变径环4安装在基座3的圆孔内。2个销钉2分别穿过2个U型夹块1及上安装座和下安装座，通过顶丝分别将2个销钉2与上安装座、下安装座固定，所述的上安装座、下安装座的基座3上设有多个连杆定位螺纹孔13，调整连杆位置后，通过顶丝固定标距调节组件；所述标距调节组件包括上连杆5、下连杆6，连杆套7、定位销8和刀片9，上连杆5插入上安装座中基座3的圆孔内，刀片9固定在上连杆5的下端和下连杆6的上端，下连杆6穿过连杆套7，再将下连杆6插入下安装座中基座3的圆孔内。所述的连杆套7上设有标距定位孔14，定位销8插入标距定位孔14内。所述的连杆套7的上、下端面设有对准刻线15，上连杆5的下端和下连杆6的上端设有基准刻线16，旋转连杆套7，使对准刻线15与基准刻线16对齐。所述的连杆套7的侧面设有观察口17，通过观察口17观察上连杆5和下连杆6在连杆套7内的对准情况。所述的连杆套7上、下两侧各设有连杆套锁紧螺纹孔18，通过螺栓锁紧连杆套7；所述对中组件包括2个线性滑块10和导轨11；2个线性滑块10分别安装在上安装座、下安装座上，导轨11安装在上、下两个线性滑块10内。[0033] 一种复合材料D型梁平板试验件刚度测量方法，具体步骤如下：[0034] 1）将复合材料D型梁试验件放入U型夹块1内，再将销钉2穿过U型夹块和试样上的圆孔；[0035] 2）将上安装座和下安装座分别穿过上、下两个销钉2；[0036] 3）将两个线性滑块10分别安装在上安装座和下安装座上；[0037] 4）再将导轨11穿过上、下两个线性滑块10中并固定，然后锁紧上安装座和下安装座，取下导轨11；[0038] 5）将刀片9安装在上连杆5的下端和下连杆6的上端，将下连杆6插入下安装座中基座3的圆孔内，调整下连杆6位置并通过顶丝固定在基座3上，使下连杆6穿过连杆套7，将上连杆5插入上安装座中基座3的圆孔内，再将连杆套7向上滑动到上连杆5和下连杆6之间，将两个定位销8插入连杆套7的标距定位孔14内，调整连杆套7的位置，直至下连杆6的上端面接触下侧定位销8，上连杆5下端面接触上侧定位销8，旋转连杆套7和上连杆5，使下连杆6和上连杆5上的基准刻线16和连杆套7上的对准刻线15对齐，锁紧连杆套7，锁紧上连杆5，最后取下两个定位销8，松开连杆套7并放置在下安装座上；[0039] 6）将COD引伸计安装在刀片9上，直接将纵向引伸计安装在上连杆5和下连杆6上；[0040] 7）引伸计位移清零；[0041] 8）测量静刚度时，启动试验机对试样逐级加载并记录各级载荷和对应的引伸计位移数据，利用各级载荷和对应的孔间位移增量计算复合材料D型梁平板试验件在各级载荷下刚度；[0042] 9）测量疲劳动刚度时，启动试验机对试样施加疲劳载荷并记录引伸计位移数据；利用疲劳载荷峰、谷值和对应的位移值计算复合材料D型梁平板试验件的疲劳动刚度。[0043] 如果只测静刚度时，选用纵向引伸计，则无需进行步骤5中的标距设置，直接将纵向引伸计安装在上连杆5和下连杆6之间。

专利地区：北京

专利申请日期：2021-10-15

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN113984497B