[发明专利]一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法

说明书

本发明公开了一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法，包括内齿齿轮、外齿齿轮、导向轴承组、导轨件、冲击杆、作用头、椭圆齿轮组、动力齿轮。导轨件顶端固定在整体支架上，试件置于底部的试验台座中。动力齿轮带动椭圆齿轮组，经内齿齿轮、外齿齿轮和导向轴承组传递动力，冲击杆和作用头沿导轨竖向往复作用，对试件施加连续的冲击荷载。内齿齿轮的内径大小与外齿齿轮外径的比值为2:1，外齿齿轮上任意一定点的内摆线轨迹均为直线往复运动。可通过调整椭圆齿轮组的啮合方式，得到变化的转动速度，从而实现不同大小、频率的冲击荷载的连续施加；本发明结构简单，操作便捷，运行安全可控。

技术领域

本发明涉及一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法，可实现工程结构或构件表面连续冲击荷载的施加，属于冲击试验技术领域。

技术背景

材料结构的冲击破坏在人们日常生活中随处可见，并且与航空航天、船舶、水利工程、汽车、核能、防护工程甚至国防工程息息相关。小到手机不慎跌落，大到汽车的撞击、废弃建筑的爆破拆除、航天飞机的解体着陆、行星的碰撞等，都存在着结构的冲击碰撞现象。这些结构在冲击荷载的作用下会发生形变甚至破坏，从而影响到结构的安全性和使用寿命。为了充分地理解并科学分析此类冲击现象，掌握结构的抗冲击性能，需要进行相应的冲击试验研究。

目前，进行结构抗冲击试验的装置主要为霍普金森(Hopkinson)杆试验装置和落锤冲击装置。前者主要应用于高速冲击领域，由炸药引爆后产生压力脉冲，从霍普金森压杆尾端向前端传播，试件被放置于入射杆和透射杆之间。后者主要应用于中低速冲击领域，由含一定势能的落锤撞击置于底座的试件，并观测、记录试件在冲击荷载下的动力响应。然而，这些加载装置所产生的冲击荷载多为一次性的脉冲荷载，难以实现冲击荷载的连续施加，无法明确提供试件结构在持续冲击荷载下的疲劳损伤信息。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处，提供一种施加连续冲击荷载的试验装置及其方法，能够调整冲击荷载的大小和加载频率，为试件结构冲击疲劳损伤、破坏机理的研究提供试验保障。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种施加连续冲击荷载的试验装置，包括内齿齿轮、外齿齿轮、导向轴承组、导轨件、冲击杆、椭圆齿轮组、动力齿轮、试件；导轨件包括两条竖直设置的导轨，其顶端固定在整体支架上部；试件置于整体支架底部的试验台座中；所述的动力齿轮在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组，经内齿齿轮、外齿齿轮和导向轴承组传递动力，使冲击杆沿导轨件竖向往复作用，对试件施加连续的冲击荷载。

优选的，所述的内齿齿轮的内径与外齿齿轮外径的比值为2:1。

进一步的，所述的导向轴承组中心点与外齿齿轮顶点连接。

进一步的，所述的导向轴承组包括5个轴承，其中4个轴承中每2个一组分别沿导轨件的两条导轨滚动，另1个轴承连接冲击杆。

进一步的，所述的冲击杆末端安装有作用头。

进一步的，所述的椭圆齿轮组包括两个形状大小均相同、相互啮合的椭圆齿轮，两椭圆齿轮中心距为椭圆的长轴与短轴之和的二分之一。

进一步的，所述的整体支架为框架式结构，包括相互平行的上平台和下平台、用于连接固定上平台和下平台的竖直支承件；导轨件的顶端固定在上平台上；试验台座固定在下平台上。

本发明的一种施加连续冲击荷载的试验方法，其特征在于，采用上述的施加连续冲击荷载的试验装置，其动力齿轮在外接动力系统的驱动下带动椭圆齿轮组，经内齿齿轮、外齿齿轮和导向轴承组传递动力，使冲击杆沿导轨件件竖向往复作用，对试件施加连续的冲击荷载。

本发明的所述内齿齿轮的转动速度在外齿齿轮位于底端和顶端时最大。通过调整椭圆齿轮组的啮合方式，可得到变化的内齿齿轮的转动速度，从而实现不同大小、频率的冲击荷载的连续施加。