一种板状试样力施加装置及应用该装置的预应力施加方法与流程

本发明涉及高速侵彻实验试样复杂应力的施加领域，具体是一种板状试样力施加装置及应用该装置的预应力施加方法。

背景技术：

1、飞机、航天器、空间站等重要装备的外表通常为板状的复合材料或金属材料，这些材料在安装过程或使用服役过程中结构会承受拉伸、弯曲或拉伸-弯曲耦合的复杂载荷。同时，这些装备的服役过程中可能会受到弹丸、飞鸟或太空垃圾的撞击而导致板状结构发生破坏。因此，合理评估结构内部的复杂预应力对冲击破坏过程的影响显得尤为重要，其关键在于如何施加拉伸、弯曲和拉伸-弯曲耦合的预应力。

2、目前，冲击实验的试样预应力的施加主要集中在压缩预应力上，如中国专利号为202321724506.8的一种用于多轴预应力状态下混凝土冲击试验的防护箱，提出了一种为混凝土的冲击实验压缩预应力的施加方法。中国专利号为201620574575.9的一种基于真三轴的岩石霍普金森冲击加载试验装置，提供了一种三维复杂压缩应力的施加方法。然而，目前对于拉伸或弯曲等预应力的施加方法较少。

3、因此，设计一种简单的能施加拉伸、弯曲或拉伸-弯曲耦合预应力的夹持装置尤为必要。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种板状试样力施加装置及应用该装置的预应力施加方法。

2、一种板状试样力施加装置，包括主框架、预应力施加装置、应力测量装置：

3、所述的主框架包括左立柱、右立柱、下夹具、用于将左立柱、右立柱分别安装在下夹具上的第三限位螺母、第四限位螺母；

4、所述的预应力施加装置包括上夹具、通过第一定位螺母和第二定位螺母安装在左立柱、右立柱上的左防护衬套、右防护衬套、安装在上夹具上的左长杆螺栓和右长杆螺栓；

5、所述的应力测量装置包括用于测量拉伸和弯曲预应力的幅值的力传感器。

6、所述的下夹具设置在左立柱和右立柱之间。

7、所述的左立柱和右立柱的上下两端均设置有螺纹，中间设置有用于安装和固定夹具的左定位销和右定位销。

8、所述的右防护嵌套设置在右立柱上，位于第二限位螺母和第二定位螺母之间。

9、所述的下夹具和上夹具上均设置有用于安装和夹持板状试样的试样夹持槽和试样安装孔。

10、所述上夹具的两端设置有与左立柱和右立柱配合的安装缺口，用于安装和固定上夹具。

11、所述上夹具的安装缺口处设置有用于安装左防护衬套、右防护衬套的衬套槽。

12、所述上夹具的两端设置有用于安装左长杆螺栓和右长杆螺栓的两个螺纹孔，所述的上夹具正面和上面分别设置有用于测量弯曲预应力和拉伸预应力的正拉耳环和上拉耳环。

13、一种板状试样力施加装置拉伸预应力施加方法，方法步骤如下：

14、步骤1、将下夹具安装在左立柱和右立柱下端，并通过第三限位螺母和第四限位螺母紧紧固定；

15、步骤2、将第一定位螺母和第二定位螺母安装在左立柱和右立柱上端，并处于同一高度；

16、步骤3、将左长杆螺栓和右长杆螺栓安装在上夹具上；

17、步骤4、将左防护衬套和右防护衬套放置在上夹具的衬套槽内，并一起安装在左立柱和右立柱上端；

18、步骤5、将板状试样的两端安装在上夹具和下夹具的试样夹持槽里，并使用固定螺栓通过安装孔试样固定；

19、步骤6、将第一限位螺母和第二限位螺母安装在左立柱和右立柱上端，并与上夹具保持一定距离；

20、步骤7、通过左定位销和右定位销将板状试样安装在侵彻实验装置上，通过左定位螺母和左定位螺母将板状试样锁紧；

21、步骤8、将力传感器挂在上夹具的上拉耳环上，向上拉动使传感器达到预应力，并保持传感器位置不动；

22、步骤9、向上旋转第一定位螺母和第二定位螺母直至力传感器的载荷逐渐降为零；

23、步骤10、向下旋转第一限位螺母和第二限位螺母直至锁紧上夹具，完成板状试样拉伸预应力的施加；

24、步骤11、取下力传感器，完成拉伸预应力板状试样的安装。

25、一种板状试样力施加装置弯曲预应力施加方法，方法步骤如下：

26、步骤1、将下夹具安装在左立柱和右立柱下端，并通过第三限位螺母和第四限位螺母紧紧固定；

27、步骤2、将第一定位螺母和第二定位螺母安装在左立柱和右立柱上端，并处于同一高度；

28、步骤3、将左长杆螺栓和右长杆螺栓安装在上夹具上；

29、步骤4、将左防护衬套和右防护衬套放置在上夹具的衬套槽内，并一起安装在左立柱和右立柱上端；

30、步骤5、将板状试样的两端安装在上夹具和下夹具的试样夹持槽里，并使用固定螺栓通过安装孔试样固定；

31、步骤6、将第一限位螺母和第二限位螺母安装在左立柱和右立柱上端，并与上夹具保持一定距离；

32、步骤7、通过左定位销和右定位销将板状试样安装在侵彻实验装置上，通过左定位螺母和左定位螺母将板状试样锁紧；

33、步骤8、将力传感器挂在上夹具的正拉耳环上，向上拉动使传感器达到预应力，并保持传感器位置不动；

34、步骤9、旋转上夹具的左长杆螺栓和右长杆螺栓直至力传感器载荷逐渐降为零；

35、步骤10、向下旋转第一限位螺母和第二限位螺母直至锁紧上夹具，完成板状试样拉伸预应力的施加；

36、步骤11、取下力传感器，完成弯曲预应力板状试样的安装。

37、一种板状试样力施加装置耦合预应力施加方法，方法步骤如下：

38、步骤1、将下夹具安装在左立柱和右立柱下端，并通过第三限位螺母和第四限位螺母紧紧固定；

39、步骤2、将第一定位螺母和第二定位螺母安装在左立柱和右立柱上端，并处于同一高度；

40、步骤3、将左长杆螺栓和右长杆螺栓安装在上夹具上；

41、步骤4、将左防护衬套和右防护衬套放置在上夹具的衬套槽内，并一起安装在左立柱和右立柱上端；

42、步骤5、将板状试样的两端安装在上夹具和下夹具的试样夹持槽里，并使用固定螺栓通过安装孔试样固定；

43、步骤6、将第一限位螺母和第二限位螺母安装在左立柱和右立柱上端，并与上夹具保持一定距离；

44、步骤7、通过左定位销和右定位销将板状试样安装在侵彻实验装置上，通过左定位螺母和左定位螺母将板状试样锁紧；

45、步骤8、将力传感器挂在上夹具的上拉耳环上，向上拉动使传感器达到预应力，并保持传感器位置不动；

46、步骤9、向上旋转第一定位螺母和第二定位螺母直至力传感器的载荷逐渐降为零；

47、步骤10、将力传感器挂在上夹具的正拉耳环上，拉动使传感器达到预应力，并保持传感器位置不动；

48、步骤11、旋转上夹具的左长杆螺栓和右长杆螺栓直至力传感器载荷逐渐降为零；

49、步骤12、向下旋转第一限位螺母和第二限位螺母直至锁紧上夹具，完成板状试样拉伸预应力的施加；

50、步骤13、取下力传感器，完成拉伸-弯曲预应力板状试样的安装。

51、本发明的有益效果是：本发明通过预应力施加装置的左长杆螺栓和右长杆螺栓位置的调节可以精准实现不同强度的纯拉伸、纯弯曲和拉伸-弯曲耦合这三种类型的预应力的施加，结构简易，使用方法简单，零件的加工和更换方便。