一种多自由度弹性转动约束模拟系统的制作方法

技术特征：
1.一种多自由度弹性转动约束模拟系统，包括固定设置的定位固定盒(1)，以及用于安装试验构件的法兰(10)，所述定位固定盒(1)与所述法兰(10)之间通过弹性刚度模拟装置连接，其特征在于：弹性刚度模拟装置包括轴向扭转弹性约束组件，以及集成在所述轴向扭转弹性约束组件上的水平向弹性约束配件和竖向弹性约束配件，所述轴向扭转弹性约束组件的一端固定在所述法兰(10)上，另一端设置在所述定位固定盒(1)内且能够相对所述定位固定盒(1)发生扭转转动；其中，所述水平向弹性约束配件与所述轴向扭转弹性约束组件配合形成所述试验构件在水平方向转角的弹性约束，所述竖向弹性约束配件与所述轴向扭转弹性约束组件配合形成所述试验构件在竖直方向转角的弹性约束。2.根据权利要求1所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述轴向扭转弹性约束组件包括扭转连接杆(2)、扭转弹簧(3)、外球壳(5)、横向外伸杆(7)和轴向外伸杆(9)；所述扭转弹簧(3)固定设置在所述定位固定盒(1)内，所述扭转连接杆(2)的一端穿过所述定位固定盒(1)侧壁并连接所述扭转弹簧(3)，所述扭转连接杆(2)的另一端固定在所述外球壳(5)的外壁；所述横向外伸杆(7)设置在所述外球壳(5)内部并横向贯穿所述外球壳(5)，所述轴向外伸杆(9)的一端与所述横向外伸杆(7)垂直连接，所述轴向外伸杆(9)的另一端与所述法兰(10)固定连接，且所述轴向外伸杆(9)与所述扭转连接杆(2)在同一扭转轴线上；其中，所述横向外伸杆(7)能够带动所述外球壳(5)沿所述扭转轴向转动，进而带动所述扭转连接杆(2)压所述扭转轴向转动，以引起所述扭转弹簧(3)发生形变，为所述法兰(10)上的试验构件提供轴向扭转弹性约束。3.根据权利要的求2所述的一种多自由度弹性约束模拟固定系统，其特征在于：所述定位固定盒(1)包括盒体(101)，以及开设在所述盒体(101)一侧的扭转孔(102)，所述扭转弹簧(3)设置在盒体(101)内，所述扭转连接杆(2)穿过所述扭转孔(102)与所述扭转弹簧(3)连接，所述扭转弹簧(3)用于在所述扭转连接杆(2)转动时形成轴向扭转弹性约束。4.根据权利要求2所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述扭转孔(102)的孔径与所述扭转连接杆(2)的杆径大小相当，以使得所述扭转连接杆(2)能够在所述扭转孔(102)转动且不发生侧向偏移。5.根据权利要求4所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述水平向弹性约束配件包括横向弯曲弹簧(4)和设置在所述外球壳(5)上的水平活动槽(11)，所述横向外伸杆(7)的两端伸出所述水平活动槽(11)至所述外球壳(5)外部，且所述横向外伸杆(7)能够在所述水平活动槽(11)内沿水平方向进行转角运动，且所述横向外伸杆(7)是以所述轴向外伸杆(9)和所述横向外伸杆(7)的连接处为中心进行水平向的转角运动，且所述横向外伸杆(7)不发生非水平方向的偏移；所述横向外伸杆(7)的一端通过一所述横向弯曲弹簧(4)与所述扭转连接杆(2)一侧面连接，所述横向外伸杆(7)的另一端通过另一所述横向弯曲弹簧(4)与所述扭转连接杆(2)的另一正相对侧面连接，且所述扭转连接杆(2)两侧的所述横向弯曲弹簧(4)关于所述扭转连接杆(2)轴对称；其中，所述横向外伸杆(7)在水平方向转动时引起所述横向弯曲弹簧(4)发生形变，为
所述法兰(10)上的试验构件提供水平向转角的弹性约束。6.根据权利要求5所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述竖向弹性约束配件包括竖向限位件(6)和竖向弯曲弹簧(8)，所述竖向限位件(6)的两端纵向贯穿所述外球壳(5)的侧壁，所述竖向限位件(6)与所述横向外伸杆(7)固定连接，且所述竖向限位件(6)能够沿纵向轴转动；所述竖向限位件(6)的一端通过一所述竖向弯曲弹簧(8)与所述轴向外伸杆(9)的一侧面连接，所述竖向限位件(6)的另一端通过另一所述竖向弯曲弹簧(8)与所述轴向外伸杆(9)的另一正相对侧面连接，且所述轴向外伸杆(9)两侧的所述竖向弯曲弹簧(8)关于所述轴向外伸杆(9)轴对称；且所述轴向外伸杆(9)的端部与所述横向外伸杆(7)转动连接，所述轴向外伸杆(9)能够绕所述横向外伸杆(7)在竖直方向上转动，以引起所述竖向弯曲弹簧(8)发生形变，为所述法兰(10)上的试验构件提供竖直方向转角的弹性约束，且所述轴向外伸杆(9)沿所述横向外伸杆(7)轴向不能发生位移。7.根据权利要求6所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述竖向限位件(6)包括半球壳(601)，所述半球壳(601)位于所述外球壳(5)的内部且与所述外球壳(5)的内壁不接触，且在所述半球壳(601)和所述外球壳(5)之间形成有供所述半球壳(601)在水平方向上转角运动的空间；在所述半球壳(601)竖直方向的两侧壁均固定连接有一根限位杆(602)，在所述外球壳(5)竖直方向的侧壁设置有一对杆孔(12)，每一所述限位杆(602)各设置在一个所述杆孔(12)内，且所述限位杆(602)能够在杆孔(12)内自转；在所述半球壳(601)的开口部边缘设置有一对限位槽(603)，所述横向外伸杆(7)固定在所述限位槽(603)内，所述半球壳(601)随所述横向外伸杆(7)同步在水平方向的转角运动；所述竖向弯曲弹簧(8)连接在所述半球壳(601)的开口部边缘或所述限位杆(602)上。8.根据权利要求6所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：在所述半球壳(601)的外表面沿竖直方向设置有加强块(13)，所述加强块(13)的端部形成于所述限位杆(602)上，所述加强块(13)的侧面形成于所述半球壳(601)的外壁面。9.根据权利要求5所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述横向外伸杆(7)包括圆柱体部(71)和两个长方体部(72)，两个长方体部(72)各连接在所述圆柱体部(71)一端，且关于所述圆柱体部(71)的中心位置对称；所述水平活动槽(11)为长方形，所述水平活动槽(11)的长度方向沿水平方向设置，所述水平活动槽(11)的槽宽与所述长方体部(72)的高度相当，以限制所述长方体部(72)在非水平方向上发生位移；所述轴向外伸杆(9)的端部转动连接在所述圆柱体部(71)上，且所述轴向外伸杆(9)的侧部与所述长方体部(72)的端部抵接，以限制所述轴向外伸杆(9)沿所述圆柱体部(71)上长度方向上发生位移；所述长方体部(72)固定设置在所述半球壳(601)的边缘上。10.根据权利要求6所述的一种多自由度弹性转动约束模拟系统，其特征在于：所述限位杆(602)为圆柱体结构，所述杆孔(12)为圆孔，且所述限位杆(602)的外直径与所述杆孔
(12)的直径相当，以使得所述限位杆(602)能够在所述杆孔(12)内转动且不发生侧向偏移。

技术总结
本发明公开了一种多自由度弹性转动约束模拟系统，包括固定设置的定位固定盒，以及用于安装试验构件的法兰，所述定位固定盒与所述法兰之间通过弹性刚度模拟装置连接，弹性刚度模拟装置包括轴向扭转弹性约束组件，以及集成在所述轴向扭转弹性约束组件上的水平向弹性约束配件和竖向弹性约束配件，所述轴向扭转弹性约束组件的一端固定在所述法兰上，另一端设置在所述定位固定盒内且能够相对所述定位固定盒发生扭转转动；通过在轴向扭转弹性约束的基础上，通过增加配件来形成一个完整的模拟系统，将三个方向的弹性约束高度集成在一个模拟系统上，还原了真实结构中，节点于不同转动方向对构件弯曲、扭转约束强度不同的情况。扭转约束强度不同的情况。扭转约束强度不同的情况。


技术研发人员：余杨 徐盛博 余建星 许伟澎 韩梦雪 王福程 成司元 颜铠阳 张春迎 胡少谦 刘泽生 叶超涵 田博文
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.08.18
技术公布日：2021/10/23