[实用新型]小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置

说明书

本实用新型提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置，属于结构力学行为测试技术领域。该装置包括底座、拉伸仪、扭转机构、连接机构及测量电路，该装置在对待测结构施加驱动产生较大幅值的轴向变形、绕轴扭转变形以及拉扭耦合变形过程中，可以测量结构的轴向力与轴向位移、扭矩与扭转角等力学响应数据，能够根据测试要求进行测量模式的切换，实现三种测量模式。本实用新型装置具有机械结构稳定、兼容模式丰富、测量数据精度高且范围大等特点，可以满足对待测结构的刚度、强度等力学性质的测试要求，也可用作结构多稳态变换过程中复杂力学响应的准确捕捉，为结构及结构型超材料的研发与优化提供评估手段。

技术领域

本实用新型涉及结构力学行为测试技术领域，特别是指一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置。

背景技术

随着建筑、航天等领域对结构美观、灵活需求的增长，多稳态结构受到越来越多国内外学者的关注，对其构造形式、设计方法以及力学分析方面均展开了研究。多稳态结构在外力作用下会发生不同稳态构型之间的切换，伴随着显著的拉扭耦合变形行为。然而目前尚无成熟的多稳态结构力学响应试验装置，无法综合测量结构在拉扭耦合变形过程中的力学响应参数。

面对上述问题，本实用新型提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置与测量方法，可以实现小型结构尤其是多稳态结构拉扭耦合大变形力学响应的实验测量，从而解决结构复杂耦合变形响应实验难以测量的难题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种小型结构拉扭耦合大变形力学响应测试装置，实现较大范围内拉扭耦合实验测试与数据测量。

该装置包括底座、拉伸机构、扭转机构、连接机构及传感器，其中，底座包括滑轨固定板、升降装置固定板、底盘及固定支座，拉伸机构包括升降装置及拉力计，扭转机构包括涡轮轴、涡轮蜗杆组及手轮，连接机构包括滑轨滑块组、龙门双横梁、定滑轮及下端盘连接件，传感器为扭矩传感器，升降装置与拉力计相连，通过升降装置固定板固定在底座上，滑轨固定板竖直设置，升降装置固定板水平设置，滑轨固定板与升降装置固定板共同设置在底盘上，底盘下设置固定支座，扭转机构安装在底盘上，下端盘连接件下方设置涡轮轴，涡轮轴与涡轮蜗杆组相互咬合，涡轮蜗杆组与手轮相连，下端盘连接件上设置扭矩传感器，下端盘连接件上方连接实验对象，实验对象上方设置龙门双横梁，龙门双横梁之间通过滑轨滑块组连接，上部的龙门双横梁上设置两个定滑轮，实验对象下侧中心孔处与涡轮轴下方各设置一个刻度盘。

拉伸机构采用双直线导轨丝杠升降仪，结合顶部的步进电机施加拉力及压力。

扭转机构采用蜗轮蜗杆作为传动元件。

该测试装置能够实现轴向加载模式、扭转加载模式和轴向-扭转复合加载模式。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

该测试装置实现了拉扭耦合装置的小型化、简易化，造价低且操作方便快捷，放置于实验室平台上即可单人独立完成实验内容；与此同时还可实现较大范围内拉扭耦合变形的实验测试。上端盘限制周向自由度、下端盘限制轴向自由度的形式使得一套装置可实现三种不同加载模式下多稳态结构的稳态构型变换过程的测试，实验过程中同步测量轴向力、轴向位移、扭矩和扭转角，体现了该装置的综合实验能力。

附图说明

图1为本实用新型测试装置的三种加载模式示意图，其中，(a)为轴向加载模式，(b)为扭转加载模式，(c)为轴向-扭转复合加载模式；

图2为本实用新型测试装置中底盘的结构示意图；

图3为本实用新型测试装置中扭转机构的结构示意图；

图4为本实用新型测试装置的举例实验对象——棱柱状张拉整体结构示意图，其中，(a)为整体视图，(b)为主视图；

图5为本实用新型测试装置中连接机构与角度读数示意图；