一種模擬沖擊體耗能的沖擊試驗(yàn)用落錘的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種模擬沖擊體耗能的沖擊試驗(yàn)用落錘，尤其適用于土木工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的沖擊試驗(yàn)，可以模擬沖擊體自身耗能對(duì)受沖擊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊力學(xué)性能的影響。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行沖擊力學(xué)性能試驗(yàn)研究，較多的采用自由落體式落錘或擺錘沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)，作為沖擊體的落錘或擺錘均是采用鋼材制作的剛性原件，沖擊過程中落錘處于彈性狀態(tài)，剛度大，變形小，吸收能量微小到可以忽略，與土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件碰撞時(shí)沖擊過程極其短暫。
[0003]申請(qǐng)人長(zhǎng)期研究后發(fā)現(xiàn)，目前土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊試驗(yàn)中普遍采用的剛性落錘和擺錘不能反應(yīng)實(shí)際沖擊事件中沖擊體自身耗能的特點(diǎn)，進(jìn)而影響對(duì)實(shí)際沖擊事件中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊力學(xué)性能的研究。
[0004]由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，在實(shí)際的沖擊事件中，沖擊體可能會(huì)發(fā)生較大的不可恢復(fù)的塑性變形(如汽車、船舶等碰撞土木工程結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生較大的塑性變形)，這種塑性變形吸收了大量的碰撞能量，減少了受沖擊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊輸入能量，并延長(zhǎng)了沖擊過程的時(shí)間。輸入的沖擊能量和沖擊持續(xù)時(shí)間均是影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件沖擊力學(xué)性能的重要因素。本實(shí)用新型提供一種模擬沖擊體自身耗能的沖擊試驗(yàn)用落錘。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件沖擊試驗(yàn)中采用的剛性落錘和擺錘不能反映實(shí)際沖擊事件中沖擊體自身存在耗能特性這一技術(shù)上的不足，本實(shí)用新型旨在提供一種模擬沖擊體耗能的沖擊試驗(yàn)用落錘，該落錘可以真實(shí)地模擬沖擊過程中沖擊體自身耗能的特性，從而為實(shí)際沖擊事件中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊力學(xué)性能的研究提供指導(dǎo)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種模擬沖擊體耗能的沖擊試驗(yàn)用落錘，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括
[0008]—豎向布置依次連接的沖擊頭、活動(dòng)壓桿和活動(dòng)壓桿頭；
[0009]一套筒，其套裝在活動(dòng)壓桿上部和活動(dòng)壓桿頭外，
[0010]一儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，用于儲(chǔ)存沖擊頭沖擊時(shí)產(chǎn)生的彈性勢(shì)能；以及
[0011]—配重，固定在套筒頂部，該配重套裝在導(dǎo)軌上，并可隨套筒、沖擊頭、活動(dòng)壓桿和活動(dòng)壓桿頭一起沿著導(dǎo)軌上下移動(dòng)；所述套筒上裝有可將活動(dòng)壓桿頭卡止在套筒頂部?jī)?nèi)的卡位件。
[0012]由此，沖擊力作用下儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)貯備彈性勢(shì)能，當(dāng)活動(dòng)壓桿運(yùn)動(dòng)到套筒頂部(上止點(diǎn))時(shí)，卡位件卡止活動(dòng)壓桿頭，阻止儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)彈性勢(shì)能釋放，通過貯備的彈性勢(shì)能模擬實(shí)際沖擊事件中沖擊體自身塑性變形發(fā)生的耗能。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，還可以對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
[0014]為了便于實(shí)時(shí)了解沖擊時(shí)的沖擊體對(duì)沖擊目標(biāo)的沖擊力大小以及沖擊體自身儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能的大小，所述沖擊頭與活動(dòng)壓桿之間設(shè)有處于預(yù)壓狀態(tài)的壓電式力傳感器，所述套筒底部裝有激光位移傳感器。所述沖擊頭中央設(shè)有安放壓電式力傳感器的圓柱孔，圓柱孔大小根據(jù)壓電式力傳感器尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。所述壓電式力傳感器在試驗(yàn)前需處于預(yù)壓狀態(tài)，因此裝配時(shí)通過擰緊沖擊頭與活動(dòng)壓桿之間的連接螺栓對(duì)壓電力傳感器施加預(yù)緊力。
[0015]作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述卡位件包括卡位件導(dǎo)桿、套裝在卡位件導(dǎo)桿上的復(fù)位彈簧和與卡位件導(dǎo)桿通過螺紋相連的卡位端；所述套筒上裝有固定架，所述復(fù)位彈簧位于套筒外壁與固定架之間，所述套筒的壁面上開有供卡位端通過的卡位端安裝孔，所述固定架上設(shè)有卡位件導(dǎo)桿安裝孔；所述卡位端的內(nèi)端具有斜坡結(jié)構(gòu)或曲面結(jié)構(gòu)，所述活動(dòng)壓桿頭相對(duì)活動(dòng)壓桿具有與卡位端配合卡固的卡位臺(tái)。優(yōu)選地，套筒壁上開有方孔，套筒上的固定架開有圓孔，方孔與圓孔中心對(duì)正，卡位端在套筒外部的部分有類似銷釘作用的凸起，卡位端在套筒內(nèi)部是具有一定弧度的曲面?？ㄎ患惭b在方孔與圓孔的位置。優(yōu)選地，卡位件導(dǎo)桿與卡位端通過螺紋連接。
[0016]在本實(shí)用新型中，選擇的復(fù)位彈簧長(zhǎng)度保證安裝完畢后有一定的初始?jí)嚎s變形，從而對(duì)卡位端有初始?jí)毫ψ饔?。?yōu)選卡位端在套筒外部的部分有類似銷釘作用的十字形凸起，用于阻止卡位端在復(fù)位彈簧壓力下過多伸入套筒內(nèi)部。
[0017]優(yōu)選地，所述卡位端和活動(dòng)壓桿頭均是具有一定弧度的曲面，兩者能平滑接觸，當(dāng)活動(dòng)壓桿頭向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，卡位端在活動(dòng)壓桿頭的作用力下向套筒外運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活動(dòng)壓桿頭底面越過卡位端時(shí)，卡位端受復(fù)位彈簧的壓力而回彈卡住活動(dòng)壓桿，使儲(chǔ)能彈簧固定在壓縮狀態(tài)。
[0018]作為卡止活動(dòng)壓桿頭的一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述活動(dòng)壓桿頭的側(cè)表面為具有一定弧度的曲面，且曲面的圓周半徑從頂面往下依次增大，由此，沖擊時(shí)活動(dòng)壓桿頭形成楔形結(jié)構(gòu)，強(qiáng)行擠壓卡位件，當(dāng)活動(dòng)壓桿頭上移至上止點(diǎn)時(shí)，卡位件位于活動(dòng)壓桿頭底端而將活動(dòng)壓桿頭卡止在套筒上。優(yōu)選活動(dòng)壓桿與活動(dòng)壓桿頭通過螺紋連接。
[0019]優(yōu)選地，所述儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)為套裝在活動(dòng)壓桿下部的儲(chǔ)能彈簧，該儲(chǔ)能彈簧位于所述套筒底端與活動(dòng)壓桿底端的凸臺(tái)之間。由此，儲(chǔ)能彈簧安裝在活動(dòng)壓桿與套筒之間，起到儲(chǔ)存勢(shì)能的作用。所述活動(dòng)壓桿在套筒內(nèi)部可自由滑動(dòng)，在活動(dòng)壓桿與套筒之間設(shè)置儲(chǔ)能彈簧，沖擊時(shí)受沖擊力作用活動(dòng)壓桿往套筒頂部運(yùn)動(dòng)的同時(shí)儲(chǔ)能彈簧壓縮貯備彈性勢(shì)能，當(dāng)活動(dòng)壓桿運(yùn)動(dòng)到套筒頂部時(shí)，卡位件卡止活動(dòng)壓桿頭，阻止儲(chǔ)能彈簧回彈，通過彈簧貯備的勢(shì)能模擬實(shí)際沖擊事件中沖擊體自身塑性變形發(fā)生的耗能。
[0020]優(yōu)選地，所述儲(chǔ)能彈簧在不同試驗(yàn)中可采用不同的剛度，根據(jù)彈簧的耗能與剛度成正比，通過改變彈簧剛度模擬不同量的沖擊體耗能。彈簧長(zhǎng)度取值保證各部件裝配完成后彈簧具有一定的初始?jí)嚎s量。
[0021]為了便于導(dǎo)向和減少阻力，所述活動(dòng)壓桿與套筒之間設(shè)有直線軸承；所述配重與導(dǎo)軌也設(shè)有直線軸承。由此，活動(dòng)壓桿穿過放置在套筒內(nèi)內(nèi)的直線軸承可自由移動(dòng)。
[0022]所述配重包括與套筒固定連接的配重基座，以及固定在配重基座上配重塊。所述配重塊可根據(jù)配重需要不放置，也可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需要，增加或減少數(shù)量或不使用。優(yōu)選地，所述配重塊頂部裝有抓鉤，可以落錘的升降機(jī)構(gòu)連接。
[0023]所述套筒的外壁面和活動(dòng)壓桿的底端外壁面均設(shè)有凸臺(tái)，該套筒的凸臺(tái)和活動(dòng)壓桿的凸臺(tái)之間設(shè)有當(dāng)活動(dòng)壓桿頭相對(duì)套筒上移至上止點(diǎn)時(shí)，將套筒的凸臺(tái)和活動(dòng)壓桿的凸臺(tái)固定連接在一起的連接件。優(yōu)選地，所述連接件為連接螺桿，所述活動(dòng)壓桿與套筒的連接螺桿在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)不必要安裝，該螺桿僅在零件裝配和試驗(yàn)完畢后恢復(fù)裝置初始狀態(tài)時(shí)使用。零件裝配式時(shí)，若儲(chǔ)能彈簧剛度較大，不方便進(jìn)行壓縮安裝時(shí)，可借助活動(dòng)壓桿與套筒的連接螺桿施加壓縮力。試驗(yàn)完畢后，為順利取出卡位件，先均勻地?cái)Q緊各螺桿，將卡位件承受的來自于儲(chǔ)能彈簧壓縮產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)移到螺桿，待取出卡位件后，再均勻的放松各螺桿拉力，使儲(chǔ)能彈簧平穩(wěn)恢復(fù)試驗(yàn)前狀態(tài)。
[0024]在試驗(yàn)使用時(shí)，所述激光位移傳感器的對(duì)面貼有反射薄膜，以測(cè)量?jī)?chǔ)能彈簧的壓縮變形。
[0025]優(yōu)選地，所述卡位件對(duì)應(yīng)于套筒壁上安裝用的方孔頂部距離套筒頂部?jī)?nèi)表面的距離等于活動(dòng)壓桿頭凸臺(tái)的高度。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型可對(duì)沖擊力時(shí)程和落錘儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)吸收的彈性勢(shì)能時(shí)程進(jìn)行測(cè)量，通過改變儲(chǔ)能彈簧的參數(shù)可以模擬不同的沖擊體耗能量，可用于研究不同的沖擊質(zhì)量和沖擊速度下，沖擊體自身不同程度的塑性耗能對(duì)受沖擊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的沖擊力學(xué)性能的影響，得到受沖擊構(gòu)件更真實(shí)的動(dòng)力響應(yīng)。
[0027]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。
【附圖說明】
[0028]圖1a是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0029]圖1b為圖1a的縱剖面示意圖；
[0030]圖2a為本實(shí)用新型所述沖擊頭的俯視圖；
[0031]圖2b為圖2a的A-A剖面圖；
[0032]圖3a為本實(shí)用新型所述套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3b為圖3a的縱剖面示意圖；
[0034]圖4為本實(shí)用新型所述卡位件與套筒的裝配圖；
[0035]圖5是本實(shí)用新型所述卡位件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型所述活動(dòng)壓桿與壓桿頭的裝配圖；
[0036]圖7是沖擊過程中儲(chǔ)能彈簧與活動(dòng)壓桿的狀態(tài)圖。