[发明专利]一种可预设刚度的模拟加载试验夹具

说明书

一种可预设刚度的模拟加载试验夹具，主要构造包括固定端、浮动端以、弹性变形机构。固定端通过常规的机械固定方式安装于地面、试验台等试验所需位置；试件安装于浮动端；浮动端与固定端之间通过弹性变形机构连接。调整弹性变形机构的刚度、布置形式即可改变夹具的平移和扭转刚度。本发明改变了零部件模拟加载试验中夹具刚度不受控的现状，将夹具刚度还原为为实际工况下边界刚度，从而使模拟加载试验无需进行复杂的迭代工序，直接对零件按照实际工况进行加载，即可获得良好的试验效果；对于复杂零部件系统，无法避免迭代工序的试验，也能够大幅度提高迭代精度，改善试验效果。

技术领域

零部件模拟加载试验是工业生产中测试和验证零部件力学性能的重要手段，相比以实际运行测试，模拟加载试验具有经济、高效的优点。

根据力学原理，对于同一物体，在边界条件保持不变的情况下，载荷与应力是的对应关系亦保持不变。这是模拟加载试验能替代实际运行测试的基本原理。然而在实际生产中，受制于成本、场地空间、测试设备等各种因素，一般难以将试件所涉及的全部边界条件全部纳入试验，因此往往需要将试验模型化，并采用夹具替代试件在实际工况下的边界条件。因此在很多试验中，特别是涉及超静定结构的情况下，夹具的性能对试验结果具有重要的影响。

背景技术

超静定结构是指具有多余约束的几何不变体系，多余约束是指在静定结构上附加的约束。每个多余约束都带来一个多余未知广义力，使广义力的总数超过了所能列出的独立平衡方程的总数。因此，根据材料力学的相关理论，求解静不定结构问题不能单凭平衡方程，还必须考虑结构的变形。

图1为一超典型的超静定结构示例。横梁由三个支点固定，且受到一个载荷F。横梁的应力分布取决于横梁本身和三个支点的刚度。在载荷大小、方向和作用点都保持不变的情况下，改变任意一个或多个支点的位置和刚度都会改变横梁的应力分布。因此，当对图1中的横梁进行模拟加载试验时，如果替代三个支点的夹具的刚度与原支点的刚度存在差异，在同样的加载状态下，横梁的应力分布也与实际工况下不同。

在这种情况下，为了还原横梁的应力分布，现在的解决方法是预先在实际工况下对试件进行加载，并且通过传感器、应变片等工具对横梁中若干个关注点进行监测，并记录下特定载荷下各个监测点的应力或变形等数据；然后在试验工况下，以相同位置监测点的参数为依据，调整载荷的大小、方向、加载形式等，直至各个监测点数据达到或接近实际工况下的数据，这个过程称为载荷迭代，试验中各个监测点参数与实际工况下参数的接近程度称为迭代精度。绝大多数情况下迭代都只能实现接近实际工况，无法完全还原，甚至往往必须对部分监测点的还原度进行取舍，从而制约了模拟加载试验的效果和置信度。

本发明改变了零部件模拟加载试验中夹具刚度不受控的现状，将夹具刚度还原为为实际工况下边界刚度，即还原边界条件。从而使模拟加载试验无需进行复杂的迭代工序，直接对零件按照实际工况进行加载，即可获得良好的试验效果；对于复杂零部件系统，无法避免迭代工序的试验，也能够大幅度提高迭代精度，改善试验效果。

发明内容

可预设刚度的模拟加载试验夹具主要构造包括固定端、浮动端以、弹性变形机构。固定端通过常规的机械固定方式安装于地面、试验台等试验所需位置；试件安装于浮动端；浮动端与固定端之间通过弹性变形机构连接。调整弹性变形机构的刚度、布置形式即可改变夹具的平移和扭转刚度。

附图说明

图1为超静定结构示例。

图2为可预设刚度的模拟加载试验夹具的结构示意图。其中1-固定端；2-浮动端；3.1、3.2、3.3、3.4-弹簧系；4-螺母；5弹簧预紧块；6-导向轴；7-参考坐标系。

图3分别为可调刚度的模拟加载试验夹具的装配轴测图和剖视图。

具体实施方式