[发明专利]一种可实现对连接结构实施静态及动态拉剪耦合加载的夹持装置

说明书

本申请提供了一种可实现对螺栓连接结构实施静态及动态拉剪耦合加载的夹持装置，包括待测试样、与之适配的两个转接夹持组件、两个销钉、适配于加载设备的夹持圆棒和一个固定框。待测试样为典型螺栓连接结构，包括两个对称的U形板件和将二者连接在一起的螺栓；转接夹持组件将待测试样与夹持圆棒相连，包括左右两个；试验时通过试验机夹头夹持两个夹持圆棒对连接结构进行拉伸测试；固定框安装在转接夹持组件外，以防止加载过程中连接结构发生侧向偏转，实现恒角度加载，可在动态测试时将夹持圆棒替换为Hopkinson拉杆设备的加载杆。本申请提供的装置可保证螺栓连接结构在拉剪耦合加载时的恒角度加载，且装置适用于静态及动态加载条件。

技术领域

本发明涉及航空连接结构力学性能测试领域，具体涉及一种可实现对螺栓连接结构实施静态及动态拉剪耦合加载的夹持装置。

背景技术

螺栓连接具有强度高、可更换、易维修等优点，是工程应用领域中较为常见的连接形式。在航空领域中，大型飞机一般将主要结构划分为部段，部段连接处设计分离面，以铆钉、螺栓等紧固件进行连接。在服役过程中，飞机机体常遭受鸟体、冰雹、跑道碎石等外来物冲击，这些状况会导致撞击区域内连接结构传递载荷的突变，可能造成局部连接结构的失效，进而对冲击载荷在结构中的传播造成不利影响，从而引起冲击能量无法有效传递到周围结构，可能导致撞击区域发生灾难性破坏。例如：我国具有自主知识产权的民用支线客机ARJ21飞机在机头抗鸟撞设计时起初采用铆钉将蒙皮与筋条相连，在鸟撞试验过程中发现，撞击点周围的多个铆钉因连接强度不足发生失效，引起蒙皮与筋条间连接刚度降低，进而无法将局部冲击载荷有效传递给其周围的结构，最终导致撞击点周围的蒙皮和筋条无法承受冲击载荷而破坏，无法满足适航要求。在后期改进设计中，仅采用高锁螺栓代替铆钉提高蒙皮与筋条的连接强度，便有效地解决了该部位的抗鸟撞设计问题。由此可见，连接结构的强度一定程度上影响着飞机整体结构安全，充分了解连接结构在静态和动态载荷作用下的力学行为，对于现代飞机总体设计和制造来说是非常重要的。

加载状态是影响连接结构力学行为和失效模式的主要外界因素之一，拉剪耦合载荷状态的实现一直是工程试验中的一个关键难题。多数研究者选择对Arcan Test拉伸夹具进行优化设计，首先使用两对称分布的锁定盘机构将传统U形试样固定，然后将两个拉伸棒也对称固定在各锁定盘两侧，通过调整拉伸棒和连接试样的相对位置，可实现对连接结构的拉剪耦合加载。但此类夹具一般较重，不适用于动态加载；且由于加载过程中无侧向限制，试样易出现横向位移，导致加载过程中角度不恒定。

连接结构动态力学行为测试是试验测试遇到的另一难题。传统方法使用高速液压伺服试验机完成，应用此类设备的缺点在于，当加载速率高于1m/s时，其载荷测量就会呈现明显波动，此波动出现的根本原因在于两点，即夹具和试样的惯性效应，以及应力波的叠加效应。另一点值得注意的是，大多使用此设备进行的高速加载测试均局限于剪切测试，其原因在于，对于十字拉伸和拉剪耦合而言，所用到的夹具比剪切时更为沉重，这导致高速加载时的惯性效应更为显著。鉴于使用高速液压伺服试验机时存在的这些问题，有学者开始使用其他设备进行连接结构的动态测试，较为成功的为Hopkinson杆的应用。但无论是使用高速液压伺服试验机还是Hopkinson杆，动态拉剪耦合的实现均为一个难点。

发明内容

当前针对螺栓连接结构的传统拉剪耦合测试程序中存在两大问题，即：①加载过程中加载角度不恒定；②动态加载难以实现。为解决上述问题，本发明提供一种新型可实现螺栓连接结构拉剪耦合加载的夹持装置，该装置适配一种底部为斜面的新型U形试样，适用于从静态到动态较宽的加载速率范围。

为解决上述实际针对连接结构拉剪耦合测试存在的问题，本发明通过以下技术方案实现：

首先，设计一种可实现对螺栓连接结构实施静态及动态拉剪耦合加载的夹持装置，包括待测试样(1)、与连接结构适配的两个转接夹持组件(2)、两个销钉(3)、适配于加载设备的夹持圆棒(4)和一个固定框(5)；其中，待测试样(1)为典型螺栓连接结构，由两个U形板件(6)和将二者固定在一起的螺栓紧固件(7)组成，转接夹持组件(2)将待测试样(1)与夹持圆棒(4)连接。