[发明专利]一种适用于结构体的奇异三轴试验装置及其实施方法

说明书

本发明提供一种适用于结构体的奇异三轴试验装置及其实施方法，属于力学测试领域。通过密闭的舱体结构实现了围压的加载和环境温度的控制，通过可轴向调整的环形控制机构控制待测结构的加载平面，通过环形控制机构内部密集的施力帽对结构的不同位置进行加载；同时，采用可环向运动的环形控制机构实现了待测结构扭矩的施加，通过条状流体喷射结构实现了局部冲击力的施加；采用密封舱体内布置的光源和相机实现了试验过程中待测结构体状态的监测和待测结构变形的记录。本发明克服了常规三轴设备必须在正交方向施加荷载的局限，能够为不同类型力的施加提供基础。能够为工业装备优化可行性试验和海洋、航空航天工程中的结构体试验研究提供便利。

技术领域

本发明属于力学测试领域，涉及一种适用于结构体的奇异三轴试验装置及其实施方法，可用于材料或者结构体在多向或多类型荷载作用下的应力与变形特征研究。

背景技术

常规的三向(x、y、z)加载设备，如常规三轴设备、平面应变设备、真三轴设备、空心扭剪设备等可以在固定方向施加不同形式的加载力或者扭矩，但该类设备均需要将待测体(材料)制备成圆柱形、立方体、空心圆柱等固定形状。可见，该类三轴试验设备适用于材料试验而非特殊结构体。飞行器、深海潜体等结构物具有一定的形状和连接形式，常规的三轴试验性能并不能验证结构体焊接、一体浇筑、分级浇筑等成型工艺对整体受力性能的影响，也不能用于验证结构优化的可行性。深海电缆、超长水下管道等柔性或半柔性设施的耐冲击、密封可靠性等研究，也需要能够提供多向复杂力的试验装备。研制能够进行工业装备结构试验的三轴设备，对于国家的海洋工程、深海工程、能源开采、飞行结构设计等工作具有基础意义。

为了进行结构体的多向加载试验，设计的试验装置应具备以下功能特征：(1)环境仿真功能，如高压强或类真空的围压控制与温度控制；(2)待测结构体的定位控制功能；(3)非正交加载功能；(4)局部冲击和机械加载控制；(5)结构体试验过程观测功能；(6)腔体密封和试验操作相关的便捷实施功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于结构体的奇异三轴试验装置及其实施方法，以实现特殊环境下结构体的力学性能试验研究，进而为船舶结构、飞行器等结构体力学性能的试验研究提供可能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于结构体的奇异三轴试验装置，包括压力舱1、支撑机构2、环形控制机构3、辅助加载机构4、围压控制系统5、环境温度控制系统6、光照控制系统7、图像采集系统8、密封上盖9、条状流体喷射结构10。

所述压力舱1呈正方体形式，包括4个压力舱侧壁11、1个压力舱封底12；所述各压力舱侧壁11内壁中轴线设置有自上而下贯通的轴向滑道13，各压力舱侧壁11内部表面均阵列布置有机动照明灯71，机动照明灯71与外部光照控制系统7相连接，通过光照控制系统7能够调节任意机动照明灯71的光照度，也可通过熄灭部分机动照明灯71调整压力舱1内部的照明环境；

所述各压力舱侧壁11内部表面的任意4个机动照明灯71的几何中心设置有可调节相机81，可调节相机81与外部的图像采集系统8相连接，通过图像采集系统8能够调节任意可调节相机81拍摄角度和拍摄区域；所述右侧的压力舱侧壁11下部开有内外贯通的围压孔14，所述围压孔14外部与围压控制系统5相连接，以实现压力舱1围压的控制；各压力舱侧壁11内部盘有导温管，且导温管两端通过设置在右侧压力舱侧壁11外侧的温控管进口15和左侧压力舱侧壁11外侧的温控管出口16与环境温度控制系统6相连接，以实现压力舱1内部的温度控制；所述各压力舱侧壁11上部与密封上盖9的接触面上开有螺丝孔17，以便于通过螺丝将压力舱侧壁11与密封上盖9相连接；所述左侧和右侧压力舱侧壁11下部均设有温控管进口15，右侧压力舱侧壁11温控管进口15中心所对应的内壁和左侧压力舱侧壁11温控管出口16中心所对应的内壁设置有测温探头61，且该测温探头61与环境温度控制系统6相连接，以监测调整压力舱1内部的温度；所述压力舱封底12设置有内外贯通的清理孔18；