一种大变形结构静力试验装置及试验方法

本发明属于航空航天设备结构强度评价试验，尤其涉及一种大变形结构静力试验装置及试验方法。

背景技术：

1、在航空航天等领域，着陆装置中的支腿等部件通常设计为可进行弹性大变形的结构，以满足安全缓冲的需求。在受载过程中，大变形结构会产生显著的几何非线性形变，通过形变延长冲击作用时间，从而大幅降低传递给本体的冲击力。为了保证此类大变形结构的安全性，必须对其进行静力强度与刚度测试。

2、然而，现有的大变形结构静载试验装置大多仅能实现单向最大载荷的施加，忽略了大变形结构在实际工况中受力时的非对称性及多向耦合特征。传统的刚性加载装置在结构发生大挠度变形时，加载轴线会发生偏移，导致作动器对试件产生严重的附加弯矩和剪力，使得获取的强度、刚度等力学性能数据失真，无法准确反映其真实工作状态。

3、因此，如何解决现有技术中无法获取大变形结构实际参数的问题，是本领域亟待解决的重要问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种大变形结构静力试验装置及试验方法，该装置可在竖直和水平两个方向同时加载，并可在单向加载时实现被动方向的大变形随动，消除附加载荷，精准获取大变形装置的实际受力参数。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种大变形结构静力试验装置，包括安装基座装置、模拟装置及双向随动装置。所述安装基座装置包含相互垂直设置的反力墙和强力地板；所述模拟装置设置于所述反力墙上，包括上模拟块和下模拟块，所述上模拟块和下模拟块之间连接有第一连接杆；所述上模拟块和所述下模拟块远离所述反力墙的一侧均设有第一连接位，用于与待测大变形结构的一端相铰接；所述双向随动装置包含反力钢架、竖直方向作动器和水平方向作动器，所述竖直方向作动器和所述水平方向作动器均安装于所述反力钢架上；两个所述作动器的加载端均连接有关节轴承，两个所述关节轴承之间通过第二连接杆相连；两个所述关节轴承远离其对应作动器的一端共同连接有转接装置，所述转接装置设有第二连接位，用于连接所述待测大变形结构的另一端。

4、进一步地，所述反力墙上固定有t型板，所述t型板上设有垂向的t型滑槽；所述上模拟块和下模拟块均与所述t型滑槽滑动连接，且所述第一连接杆的长度可调，以调节所述上模拟块与下模拟块之间的相对距离。

5、进一步地，所述上模拟块远离反力墙侧一体化设有凸出块，所述第一连接位包括分别设置于所述凸出块和所述下模拟块上的第一u型夹具；所述转接装置的第二连接位为用于与所述待测大变形结构端部法兰固定的平整接口。

6、进一步地，所述反力钢架固定于所述强力地板上，所述竖直方向作动器安装于所述反力钢架的顶部横梁，所述水平方向作动器安装于所述反力钢架的侧边立柱；所述关节轴承与对应作动器加载端之间设有第二u型夹具。

7、进一步地，所述转接装置的顶部及侧面分别与所述竖直方向作动器及水平方向作动器端部的所述关节轴承转动连接，使所述转接装置在受载变形时具备多自由度随动能力。

8、本发明还提供一种大变形结构静力试验方法，包括：

9、（1）将待测大变形结构的一端分别铰接至所述模拟装置的上模拟块和下模拟块上，将其另一端固定至所述双向随动装置的转接装置上；

10、（2）根据待测大变形结构的预估变形轨迹，调节所述竖直方向作动器和水平方向作动器在所述反力钢架上的初始安装位置；

11、（3）对试验装置施加预设载荷的10%至30%进行预加载校验，确认所述关节轴承能够自适应吸收结构变形产生的偏心力矩后，卸载至10%的预设载荷；

12、（4）按照预设加载程序，通过所述竖直方向作动器和/或所述水平方向作动器逐级施加单向或双向耦合静力载荷；在竖直单向加载时，关闭所述水平方向作动器，依靠所述关节轴承实现水平向被动随动；

13、（5）采集加载过程中的载荷与应变、位移数据，待到达目标载荷并保载测试完成后，先卸载水平方向载荷，再卸载竖直方向载荷直至归零。

14、根据本发明公开的一种大变形结构静力试验方法，需在试验装置安装完成后，正式试验开展前进行预试验，以确保试验数据的准确性，具体包括：

15、（1）进行预加载，按照每级0.1倍预设载荷逐级加载至0.3倍预设载荷；

16、（2）在加载至0.3倍预设载荷时，大变形结构的每项参数若与预设参数完全匹配，对大变形结构静力试验装置逐级卸载并使得大变形结构的载荷为0.1倍预设载荷，进行正式试验。

17、综上所述，本发明的有益技术效果为：

18、1、本装置及方法通过设置独立的竖直和水平作动器，可实现单向及双向解耦加载，快速获取大变形结构在复杂受力工况下的强度、刚度等参数。

19、2、显著提升了加载的纯粹性与数据准确度。作动器端部引入的双关节轴承与u型夹具配合，赋予了转接装置多自由度旋转能力。当大变形结构发生挠曲偏转时，关节轴承能够自适应旋转，保证作动器的加载力始终沿原设定轴向输出，消除了由于结构变形导致的附加寄生弯矩和剪力，保护作动器的同时模拟了真实的受力情况。

20、3、本装置的安装基座具备多维调节能力（如t型滑槽、长度可调的第一连接杆），反力钢架上的作动器安装位置亦可根据试件尺寸灵活调节，具有极强的结构适应性和试验通用性。

1.一种大变形结构静力试验装置，其特征在于，包括安装基座装置、模拟装置及双向随动装置；

2.根据权利要求1所述的一种大变形结构静力试验装置，其特征在于，所述反力墙（101）上固定有t型板（103），所述t型板（103）上设有垂向的t型滑槽（104）；所述上模拟块（201）和下模拟块（202）均与所述t型滑槽（104）滑动连接，且所述第一连接杆（204）的长度可调，以调节所述上模拟块（201）与下模拟块（202）之间的相对距离。

3.根据权利要求2所述的一种大变形结构静力试验装置，其特征在于，所述上模拟块（201）远离反力墙（101）侧一体化设有凸出块（203），所述第一连接位包括分别设置于所述凸出块（203）和所述下模拟块（202）上的第一u型夹具（206）；所述转接装置（407）的第二连接位为用于与所述待测大变形结构端部法兰固定的平整接口。

4.根据权利要求1所述的一种大变形结构静力试验装置，其特征在于，所述反力钢架（401）固定于所述强力地板（102）上，所述竖直方向作动器（402）安装于所述反力钢架（401）的顶部横梁，所述水平方向作动器（403）安装于所述反力钢架（401）的侧边立柱；所述关节轴承（405）与对应作动器加载端之间设有第二u型夹具（404）。

5.根据权利要求1所述的一种大变形结构静力试验装置，其特征在于，所述转接装置（407）的顶部及侧面分别与所述竖直方向作动器（402）及水平方向作动器（403）端部的所述关节轴承（405）转动连接，使所述转接装置（407）在受载变形时具备多自由度随动能力。

6.一种大变形结构静力试验方法，应用于权利要求1-5任一项所述大变形结构静力试验装置，其特征在于，所述大变形结构静力试验方法包括：

7.根据权利要求6所述的大变形结构静力试验方法，其特征在于，需在正式加载前进行预加载，以确保最终试验数据的准确性，具体包括：