預拉伸式力學環境模擬儀的製作方法

2023-09-23 21:35:45

專利名稱：預拉伸式力學環境模擬儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種船用聲學材料實船環境載荷模擬裝置。
背景技術：
由於海洋科學考察、海洋資源探測，海洋領土巡邏等方面的需要，水下航行體的下 潛深度不斷增大，深海航行體的相關技術也隨之受到世界各國的廣泛關注。我國也將深海 航行體作為未來水下航行體發展的主要方向，其研製工作也隨之成為當前國內科技工作者 的重要關注方向。隨著研究工作的逐步深入，深海航行體研究過程中暴露出的問題也困擾 著廣大科技工作者，並已成為深海航行體研究的瓶頸，如船用聲學材料在深海環境下的安 全性問題，已成為船用聲學材料安裝工藝及設計的難題。
深海環境下，船用聲學材料、水下航行體的殼體結構在靜水壓力下會產生徑向收 縮變形，但由於船用聲學材料與水下航行體的殼體在材料、結構形式等方面的差異，在靜水 壓力作用下船用聲學材料與水下航行體結構的收縮變形將存在一定差異，由此可能導致如 下問題
(I)船用聲學材料大變形問題。船用聲學材料主要系由楊氏模量較小的高分子粘 彈性材料構成，其在靜水壓力下，將與深海航行體耐壓殼體結構一起產生較大的收縮變形， 但由於其楊氏模量較低，其在深海高靜水壓力作用下將產生較大變形，且由於船用聲學材 料內部含有周期性空腔結構，其在靜水壓力下變形的均勻性也隨內部周期結構的變化存在一定差異；
(2)船用聲學材料的工藝性問題。船用聲學材料在高靜水壓力下的變形及變形的 不均勻性可能導致聲學材料連接表面、船用聲學材料內部結構的撕裂、開膠等破壞，由此對 船用聲學材料的安裝工藝提出了新的挑戰；
(3)船用聲學材料與耐壓殼體的協調變形問題。由於船用聲學材料是近似不可壓 縮的粘彈性高分子材料組成，其楊氏模量及泊松比與深海航行體耐壓殼體存在較大差異， 當船用聲學材料與耐壓殼體共同承受靜水壓力時，船用聲學材料的變形將與深海航行體耐 壓殼體結構的變形存在一定差異，由此可能導致船用聲學材料與耐壓殼體結構變形的協調 性存在一定差異，使船用聲學材料內表面與深海航行體耐壓殼體結構應變不協調，可能導 致船用聲學材料與耐壓殼體出現開膠等現象，導致船用聲學材料的脫落、開裂等現象。
目前，國內外學者針對船用聲學材料的研究主要關注其在常壓下的聲學性能，而 對於高靜水壓力下船用聲學材料的聲學性能、力學性能和工藝性能等方面的研究的文獻鮮 有發表，故開展船用聲學材料的實船環境載荷試驗研究，開發船用聲學材料實船環境載荷 考核試驗裝置，建立實船環境載荷考核試驗方法，對於保障船用聲學材料安全性、提高深海 航行體的聲學性能具有重要意義。
吸聲材料的物理參數對消聲瓦吸聲性能的影響(《哈爾濱工程大學學報》2004年6 月第25卷第3期)，著重分析了材料物理參數和空腔結構對聲學覆蓋層吸聲性能的影響，但 沒有考慮到深海物理力學環境對空腔結構的影響。發明內容
本發明的目的在於提供一種結構簡單、安裝方便、實用性強的預拉伸式力學環境 模擬儀。
本發明的目的是這樣實現的
本發明預拉伸式力學環境模擬儀，其特徵是包括基座、自鎖裝置、邊界條件模擬 裝置、應變模擬裝置、頂部支撐架、船用聲學材料，邊界條件模擬裝置包括邊界液壓缸、連接 邊界液壓缸的邊界連杆、夾具，應變模擬裝置包括應變液壓缸和連接應變液壓缸的應變連 杆，應變液壓缸固定在基座上，邊界液壓缸通過自鎖裝置安裝在基座上，頂部支撐架連接應 變連杆，船用聲學材料、邊界條件模擬裝置、頂部支撐架構成夾持結構，船用聲學材料構成 夾持結構的上部，其餘構成夾持結構的下部，被測試件置於夾持結構上部和下部中間，由夾 具固定。
本發明還可以包括
1、所述的自鎖裝置包括半圓形齒輪和鎖定銷，半圓形齒輪通過固定軸與基座連 接，半圓形齒輪可繞固定軸旋轉，固定齒輪位置時，鎖定銷置於齒輪的兩齒之間。
2、自鎖裝置和邊界條件模擬裝置組成邊界條件單元，邊界條件單元有四個，兩兩 一組對稱分布在基座的兩側，應變模擬裝置有三個，位於兩組邊界條件單元中間並前後一 字排開分布在基座上。
本發明的優勢在於可通過調節邊界條件模擬裝置的四個液壓裝置得到不同的 夾持角度，適用於不同曲率的試件，獲得最接近實際力學環境的邊界條件，通過調節自鎖裝 置可將圓周型實驗區域在0-180度範圍內自由調節，模擬圓柱殼或錐殼結構形式的實驗區 域。另外由於應變模擬裝置採用的是預拉伸實驗法，可有效避免薄殼結構的壓縮失穩問題， 除此之外應變模擬裝置的絲槓結構可自由調節，為試件提供準確的受力環境。


圖1為本發明的結構示意圖2為本發明的剖面圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述
結合圖1 2，如圖1所示與拉升式力學環境模擬儀，該裝置包括基座①、自鎖裝置 ②、液壓裝置③⑥(邊界條件模擬裝置和應變模擬裝置)和夾具④，基座①與自鎖裝置②為 軸銷式連接，液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)焊接於自鎖裝置②上，隨自鎖裝置②一起轉 動，夾具④通過鉸接方式與液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)連接。液壓裝置⑥(應變模擬 裝置)與基座①以螺栓形式連接，液壓裝置⑥(應變模擬裝置)頂部為絲槓形式，支撐架通過 螺栓與之連接。
如圖2自鎖裝置②與液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)共四個，分前後兩組布置，液 壓裝置⑥(應變模擬裝置)共三個，分前中後三組布置，
液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)前後兩組中每組兩個液壓裝置左右對稱布置於自鎖裝置②上。夾具④包括下夾具和上夾具，上下夾具分別有兩個緊固螺紋孔，下夾具分布 有兩個鉸接位，試件通過螺栓穿過緊固螺紋孔夾持與裝置上。
( I)邊界條件模擬裝置
邊界條件模擬裝置對稱分布於左右兩側，每側由四個液壓裝置和上下夾具組成， 四個液壓裝置分為前後兩組，各組分別布置於邊界條件模擬裝置的首尾兩端，組內兩個液 壓裝置分左右兩側並排布置。液壓裝置上端與下夾具為鉸接，下端採用焊接方式與試驗區 域自鎖裝置連接。上下夾具之間採用螺栓聯結，實驗時試件被螺栓貫穿夾於上下夾具之間。
(2)自鎖裝置
該裝置由一個半圓形齒輪和兩個鎖定銷組成。半圓形齒輪可繞與基座連接的固定 軸旋轉，待齒輪轉到指定位置，將鎖定銷置於兩齒之間，起鎖定實驗區域的作用。
(3)應變模擬裝置
該裝置由底部液壓裝置和頂部支撐架兩部分組成。底部液壓裝置頂部為絲槓形 式，頂部支撐架中部開有螺紋孔，與液壓裝置頂部絲槓連接。頂部支撐架兩側底部開有若干 開孔，孔內穿過絲槓，絲槓上裝有緊固螺母，通過調節螺母來改變支撐架的形狀。
作為優選中部絲槓上標有刻度。
本發明使用方法如以下步驟
1、調節自鎖裝置②得到與試件大小相符的區域；
2、調節液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)得到合理的夾持角度；
3、將夾具④的上下夾具貼於試件上下表面，並用緊固螺栓夾緊；
4、用鎖定銷鎖死自鎖裝置②；
5、調節應變模擬裝置頂部支架使之達到合理的加力形式，開始調節液壓裝置⑥ (應變模擬裝置)使試件產生稍大於實驗工況的應變；
6、將船用聲學材料按實際布置方式粘貼於試件上；
7、調節液壓裝置⑥(應變模擬裝置)，使試件應變減小到與水下運載體殼體在深海 環境中的應變量相等後，再將其一起放入壓力罐中進行加壓試驗。
本發明由於採用了上述的技術方案，船用聲學材料實船環境載荷模擬可通過殼 體成形、預拉伸、鋪設船用聲學材料、收縮、壓力實驗五步來實現，具體操作步驟上，該儀器 可通過調節邊界條件模擬裝置的四個液壓裝置得到不同的夾持角度，適用於不同曲率的 試件，獲得最接近實際力學環境的邊界條件；通過調節自鎖裝置可將圓周型實驗區域在 0-180度範圍內自由調節，模擬圓柱殼或錐殼結構形式的實驗區域。另外由於應變模擬裝置 採用的是預拉伸實驗法，可有效避免薄殼結構的壓縮失穩問題，除此之外應變模擬裝置的 絲槓結構可自由調節，為試件提供準確的受力環境。本發明具有結構簡單，安裝方便，易於 操作控制等特點。
權利要求
1.預拉伸式力學環境模擬儀，其特徵是包括基座、自鎖裝置、邊界條件模擬裝置、應變模擬裝置、頂部支撐架、船用聲學材料，邊界條件模擬裝置包括邊界液壓缸、連接邊界液壓缸的邊界連杆、夾具，應變模擬裝置包括應變液壓缸和連接應變液壓缸的應變連杆，應變液壓缸固定在基座上，邊界液壓缸通過自鎖裝置安裝在基座上，頂部支撐架連接應變連杆，船用聲學材料、邊界條件模擬裝置、頂部支撐架構成夾持結構，船用聲學材料構成夾持結構的上部，其餘構成夾持結構的下部，被測試件置於夾持結構上部和下部中間，由夾具固定。
2.根據權利要求1所述的預拉伸式力學環境模擬儀，其特徵是所述的自鎖裝置包括半圓形齒輪和鎖定銷，半圓形齒輪通過固定軸與基座連接，半圓形齒輪可繞固定軸旋轉，固定齒輪位置時，鎖定銷置於齒輪的兩齒之間。
3.根據權利要求1或2所述的預拉伸式力學環境模擬儀，其特徵是自鎖裝置和邊界條件模擬裝置組成邊界條件單元，邊界條件單元有四個，兩兩一組對稱分布在基座的兩側，應變模擬裝置有三個，位於兩組邊界條件單元中間並前後一字排開分布在基座上。
全文摘要
本發明的目的在於提供預拉伸式力學環境模擬儀，包括基座、自鎖裝置、邊界條件模擬裝置、應變模擬裝置、頂部支撐架、船用聲學材料，邊界條件模擬裝置包括邊界液壓缸、連接邊界液壓缸的邊界連杆、夾具，應變模擬裝置包括應變液壓缸和連接應變液壓缸的應變連杆，應變液壓缸固定在基座上，邊界液壓缸通過自鎖裝置安裝在基座上，頂部支撐架連接應變連杆，船用聲學材料、邊界條件模擬裝置、頂部支撐架構成夾持結構，船用聲學材料構成夾持結構的上部，其餘構成夾持結構的下部，被測試件置於夾持結構上部和下部中間，由夾具固定。本發明具有結構簡單，安裝方便，易於操作控制等特點。
文檔編號G01N3/10GK103048199SQ20131000931
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月10日 優先權日2013年1月10日
發明者龐福振, 李卓, 龐福濱, 姚熊亮, 金葉青, 徐偉, 陳林, 謝曉忠 申請人:哈爾濱工程大學