專利名稱：雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，涉及到反對(duì)稱、非對(duì)稱鋪設(shè)復(fù)合材料圓柱殼結(jié)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)分析方法和測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是一種新型的智能材料結(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度和空間利用率高等綜合性能，更由于其同時(shí)具有延展和卷攏兩種穩(wěn)定狀態(tài)，保持穩(wěn)態(tài)時(shí)不需要外力維持的雙穩(wěn)態(tài)特性，在航天飛行器(如太陽(yáng)能電池板陣列、天線及各種桿狀結(jié)構(gòu))、可變形機(jī)翼和風(fēng)機(jī)葉片等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因此近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。但目前對(duì)于雙穩(wěn)態(tài)層合殼的實(shí)驗(yàn)研究均較匱乏，實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置較簡(jiǎn)單，尤其是針對(duì)于反對(duì)稱鋪設(shè)圓柱殼的雙穩(wěn)態(tài)性能的研究，僅有的針對(duì)反對(duì)稱層合殼的實(shí)驗(yàn)也是著眼于研究殼 體的力學(xué)彎曲性能?；诖?，設(shè)計(jì)、發(fā)明一種用于實(shí)現(xiàn)層合殼雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換并對(duì)其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行觀察、研究的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前對(duì)于雙穩(wěn)態(tài)層合殼的實(shí)驗(yàn)研究均較匱乏、實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，提出了一種用于實(shí)現(xiàn)層合殼雙穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換并對(duì)其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行觀察、研究的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括拉伸試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)上安裝隨動(dòng)機(jī)械推手、可調(diào)節(jié)壓頭和可調(diào)節(jié)夾具，所述的隨動(dòng)機(jī)械推手包括支架、第一步進(jìn)電機(jī)、第一傳動(dòng)軸、第二步進(jìn)電機(jī)、第二傳動(dòng)軸、第三步進(jìn)電機(jī)、推手，所述的第一步進(jìn)電機(jī)安裝在所述的支架上，所述的第一傳動(dòng)軸的一端通過(guò)直齒輪與所述的第一步進(jìn)電機(jī)連接，另一端連接第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂的一端；所述的第二步進(jìn)電機(jī)安裝在所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂另一端，并通過(guò)斜齒輪與所述的第二傳動(dòng)軸的一端連接，所述的第二傳動(dòng)軸的另一端連接第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂；所述的第三步進(jìn)電機(jī)安裝在所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，并通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)與所述的推手連接；所述的可調(diào)節(jié)壓頭包括壓頭滑塊、滑槽塊、壓頭柄，所述的壓頭滑塊通過(guò)螺栓固定在所述的滑槽塊的滑槽導(dǎo)軌上；所述的壓頭柄螺接在所述的滑槽塊上，所述的壓頭柄上開(kāi)設(shè)定位孔，通過(guò)定位銷固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)上；所述的可調(diào)節(jié)夾具包括底座、支撐桿，所述的支撐桿通過(guò)螺栓固定在所述的底座的滑槽上安裝支撐滑塊；所述的支撐桿的一端螺接在所述的底座上，另一端固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上。所述的壓頭滑塊的底端為圓弧尖端。所述的壓頭滑塊的個(gè)數(shù)為2 ±夾，對(duì)稱的安裝在所述的滑槽塊的滑槽導(dǎo)軌上。所述的支撐滑塊的個(gè)數(shù)為2塊，對(duì)稱的安裝在所述的底座的滑槽上。所述的隨動(dòng)機(jī)械推手成對(duì)使用，對(duì)稱的安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)的兩側(cè)。
所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)配置力-位移傳感器。所述的第一傳動(dòng)軸與所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂之間通過(guò)圓柱滾子軸承連接。所述的第二傳動(dòng)軸與所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂之間通過(guò)角接觸球軸承固定。實(shí)驗(yàn)前，先將隨動(dòng)機(jī)械推手安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)兩側(cè)，把可調(diào)節(jié)壓頭和可調(diào)節(jié)夾具安裝到拉伸試驗(yàn)機(jī)上，構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)的基本平臺(tái)；然后，將處于第一穩(wěn)態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件放置于可調(diào)節(jié)夾具上，調(diào)節(jié)用以支撐的兩個(gè)支撐滑塊至合適位置，調(diào)節(jié)好兩個(gè)壓頭滑塊的相對(duì)位置，設(shè)定好可調(diào)節(jié)壓頭進(jìn)給的速度；實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，拉伸試驗(yàn)機(jī)通過(guò)可調(diào)節(jié)壓頭提供驅(qū)動(dòng)力使雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件由初始狀態(tài)慢慢展平，并開(kāi)始向第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，此時(shí)，隨動(dòng)機(jī)械推手開(kāi)始動(dòng)作，推手與雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件的點(diǎn)A接觸并按照預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡隨動(dòng)，輔助第一穩(wěn)態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件向第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變并提供轉(zhuǎn)變所需的實(shí)時(shí)的力，實(shí)現(xiàn)試件的第二穩(wěn)態(tài)，拉伸試驗(yàn)機(jī)配置的力-位移傳感器可測(cè)得試件發(fā)生彈性突變所需的最大載荷，并獲得試件變形過(guò)程的載荷-位移曲線，這樣，可調(diào)節(jié)壓頭提供了試件發(fā)生彈性突變所需的 力，隨動(dòng)機(jī)械推手幫助雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件由第一穩(wěn)態(tài)向第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，在二者的共同驅(qū)動(dòng)下，可通過(guò)整個(gè)搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)順利實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)試件的第二穩(wěn)態(tài)，并可對(duì)其變形過(guò)程進(jìn)行捕捉。本發(fā)明的有益效果是適用于雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料的穩(wěn)態(tài)間轉(zhuǎn)變測(cè)試、實(shí)驗(yàn)(包括反對(duì)稱、非對(duì)稱等多種鋪設(shè)方式)，可獲取對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)變力、載荷-位移曲線、第一穩(wěn)態(tài)向第二穩(wěn)態(tài)過(guò)渡、第二穩(wěn)態(tài)返回至第一穩(wěn)態(tài)等的力和位移、第二穩(wěn)態(tài)曲率半徑等多種信息；2)適應(yīng)不同尺寸、鋪設(shè)角度、變形方向的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析；3)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高，易于裝卸、維修和調(diào)試，對(duì)于采用智能材料驅(qū)動(dòng)(如壓電材料、形狀記憶合金材料等)的研究具有重要的借鑒意義。


圖I是本發(fā)明的隨動(dòng)機(jī)械推手的主視圖。圖2是本發(fā)明的隨動(dòng)機(jī)械推手的左視圖。圖3是本發(fā)明的隨動(dòng)機(jī)械推手的俯視圖。圖4是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)壓頭的主視圖。圖5是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)壓頭的俯視圖。圖6是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)壓頭的左視圖。圖7是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)夾具的主視圖。圖8是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)夾具的俯視圖。圖9是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)夾具的左視圖。圖10是本發(fā)明的經(jīng)可調(diào)節(jié)壓頭壓平后的隨動(dòng)機(jī)械推手與試件的位置關(guān)系示意圖。圖11是本發(fā)明的試件第一穩(wěn)態(tài)時(shí)A點(diǎn)的位置示意圖(其中，箭頭所指的點(diǎn)為A點(diǎn))。圖12是本發(fā)明的試件第二穩(wěn)態(tài)時(shí)A點(diǎn)的位置示意圖(其中，箭頭所指的點(diǎn)為A點(diǎn))。圖13是本發(fā)明的可調(diào)節(jié)夾具與試件的位置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明參照附圖本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括拉伸試驗(yàn)機(jī)，所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)上安裝隨動(dòng)機(jī)械推手I、可調(diào)節(jié)壓頭2和可調(diào)節(jié)夾具3，所述的隨動(dòng)機(jī)械推手I包括支架
11、第一步進(jìn)電機(jī)12、第一傳動(dòng)軸13、第二步進(jìn)電機(jī)14、第二傳動(dòng)軸15、第三步進(jìn)電機(jī)16、推手17，所述的第一步進(jìn)電機(jī)12安裝在所述的支架11上，所述的第一傳動(dòng)軸13的一端通過(guò)直齒輪131與所述的第一步進(jìn)電機(jī)12連接，另一端連接第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂132的一端；所述的第二步進(jìn)電機(jī)14安裝在所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂132另一端，并通過(guò)斜齒輪141與所述的第二傳動(dòng)軸15的一端連接，所述的第二傳動(dòng)軸15的另一端連接第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂151 ;所述的第三步進(jìn)電機(jī)16安裝在所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂151上，并通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)161與所述的推手17連接；所述的可調(diào)節(jié)壓頭2包括壓頭滑塊21、滑槽塊22、壓頭柄23，所述的壓頭滑塊21·通過(guò)螺栓固定在所述的滑槽塊22的滑槽導(dǎo)軌221上；所述的壓頭柄23螺接在所述的滑槽塊22上，所述的壓頭柄23上開(kāi)設(shè)定位孔231，通過(guò)定位銷固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)上；所述的可調(diào)節(jié)夾具3包括底座31、支撐桿32，所述的底座31的滑槽上安裝支撐滑塊311 ;所述的支撐桿32的一端螺接在所述的底座31上，另一端固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上。所述的壓頭滑塊21的底端為圓弧尖端。所述的壓頭滑塊21的個(gè)數(shù)為2塊，對(duì)稱的安裝在所述的滑槽塊22的滑槽導(dǎo)軌上。所述的支撐滑塊311的個(gè)數(shù)為2 ±夾，對(duì)稱的安裝在所述的底座31的滑槽上。所述的隨動(dòng)機(jī)械推手I成對(duì)使用，對(duì)稱的安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)的兩側(cè)。所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)配置力-位移傳感器。所述的第一傳動(dòng)軸13與所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂131之間通過(guò)圓柱滾子軸承連接。所述的第二傳動(dòng)軸15與所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂151之間通過(guò)角接觸球軸承固定。實(shí)驗(yàn)前，先將隨動(dòng)機(jī)械推手I安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)兩側(cè)，把可調(diào)節(jié)壓頭2和可調(diào)節(jié)夾具3安裝到拉伸試驗(yàn)機(jī)上，構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)的基本平臺(tái)；然后，將處于第一穩(wěn)態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件4放置于可調(diào)節(jié)夾具3上，調(diào)節(jié)用以支撐的兩個(gè)支撐滑塊311至合適位置，調(diào)節(jié)好兩個(gè)壓頭滑塊21的相對(duì)位置，設(shè)定好可調(diào)節(jié)壓頭2進(jìn)給的速度；實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，拉伸試驗(yàn)機(jī)通過(guò)可調(diào)節(jié)壓頭2提供驅(qū)動(dòng)力使雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件4由初始狀態(tài)慢慢展平，并開(kāi)始向第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，此時(shí)，隨動(dòng)機(jī)械推手I開(kāi)始動(dòng)作，推手17與雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件4的點(diǎn)A接觸并按照預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡隨動(dòng)，輔助第一穩(wěn)態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件4向第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變并提供轉(zhuǎn)變所需的實(shí)時(shí)的力，實(shí)現(xiàn)試件的第二穩(wěn)態(tài)，拉伸試驗(yàn)機(jī)配置的力-位移傳感器可測(cè)得試件發(fā)生彈性突變所需的最大載荷，并獲得試件變形過(guò)程的載荷-位移曲線，這樣，可調(diào)節(jié)壓頭2提供了試件發(fā)生彈性突變所需的力，隨動(dòng)機(jī)械推手I幫助雙穩(wěn)態(tài)層合殼試件4由第一穩(wěn)態(tài)向第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，在二者的共同驅(qū)動(dòng)下，可通過(guò)整個(gè)搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)順利實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)試件的第二穩(wěn)態(tài)，并可對(duì)其變形過(guò)程進(jìn)行捕捉。本說(shuō)明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括拉伸試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)上安裝隨動(dòng)機(jī)械推手、可調(diào)節(jié)壓頭和可調(diào)節(jié)夾具，所述的隨動(dòng)機(jī)械推手包括支架、第一步進(jìn)電機(jī)、第一傳動(dòng)軸、第二步進(jìn)電機(jī)、第二傳動(dòng)軸、第三步進(jìn)電機(jī)、推手，所述的第一步進(jìn)電機(jī)安裝在所述的支架上，所述的第一傳動(dòng)軸的一端通過(guò)直齒輪與所述的第一步進(jìn)電機(jī)連接，另一端連接第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂的一端；所述的第二步進(jìn)電機(jī)安裝在所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂另一端，并通過(guò)斜齒輪與所述的第二傳動(dòng)軸的一端連接，所述的第二傳動(dòng)軸的另一端連接第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂；所述的第三步進(jìn)電機(jī)安裝在所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，并通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)與所述的推手連接； 所述的可調(diào)節(jié)壓頭包括壓頭滑塊、滑槽塊、壓頭柄，所述的壓頭滑塊通過(guò)螺栓固定在所述的滑槽塊的滑槽導(dǎo)軌上；所述的壓頭柄螺接在所述的滑槽塊上，所述的壓頭柄上開(kāi)設(shè)定位孔，通過(guò)定位銷固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)上； 所述的可調(diào)節(jié)夾具包括底座、支撐桿，所述的底座的滑槽上安裝支撐滑塊；所述的支撐桿的一端螺接在所述的底座上，另一端固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上。
2.如權(quán)利要求I所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的壓頭滑塊的底端為圓弧尖端。
3.如權(quán)利要求2所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的壓頭滑塊的個(gè)數(shù)為2塊，對(duì)稱的安裝在所述的滑槽塊的滑槽導(dǎo)軌上。
4.如權(quán)利要求I所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的支撐滑塊的個(gè)數(shù)為2塊，對(duì)稱的安裝在所述的底座的滑槽上。
5.如權(quán)利要求I所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的隨動(dòng)機(jī)械推手成對(duì)使用，對(duì)稱的安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)的兩側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)配置力-位移傳感器。
7.如權(quán)利要求5所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的第一傳動(dòng)軸與所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)臂之間通過(guò)圓柱滾子軸承連接。
8.如權(quán)利要求5所述的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，其特征在于所述的第二傳動(dòng)軸與所述的第二轉(zhuǎn)動(dòng)臂之間通過(guò)角接觸球軸承固定。
全文摘要
雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括拉伸試驗(yàn)機(jī)，所述的拉伸試驗(yàn)機(jī)上安裝隨動(dòng)機(jī)械推手、可調(diào)節(jié)壓頭和可調(diào)節(jié)夾具，所述的隨動(dòng)機(jī)械推手包括支架、第一步進(jìn)電機(jī)、第一傳動(dòng)軸、第二步進(jìn)電機(jī)、第二傳動(dòng)軸、第三步進(jìn)電機(jī)、推手；所述的可調(diào)節(jié)壓頭包括壓頭滑塊、滑槽塊、壓頭柄，所述的壓頭滑塊通過(guò)螺栓固定在所述的滑槽塊的滑槽導(dǎo)軌上；所述的壓頭柄螺接在所述的滑槽塊上；所述的可調(diào)節(jié)夾具包括底座、支撐桿。本發(fā)明的有益效果是適用于雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料的穩(wěn)態(tài)間轉(zhuǎn)變測(cè)試、實(shí)驗(yàn)；2)適應(yīng)不同尺寸、鋪設(shè)角度、變形方向的雙穩(wěn)態(tài)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析；3)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高，易于裝卸、維修和調(diào)試。
文檔編號(hào)G01N3/28GK102841024SQ201210325730
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者張征, 吳和龍, 吳化平, 李吉泉, 鮑雨梅 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)