一种能同时施加弯矩和轴压的加筋板强度试验装置

1.本发明涉及船用加筋板试验技术领域，用于对加筋板进行弯矩和轴向压力联合加载，开展复杂载荷作用下加筋板的极限强度试验。


背景技术：

2.随着海洋强国战略的持续推进，船舶装备的功能性要求日趋丰富。这不仅增大了设计难度，还对船体结构的安全性和可靠性提出了更高的要求。传统的许用应力评估法不能真实的反映结构的承载能力和极限强度，因而逐渐被更符合当前发展理念的极限强度评估法所取代。
3.加筋板作为船体最基本的承载结构，不仅会受到来自面外的舷侧水压和货物压力，还会受到面内的轴向压力、弯矩和扭矩等复杂载荷的共同作用。然而近年来对加筋板的研究大多局限于轴向压缩这种单一载荷形式下强度问题，忽略了多种载荷共同作用的耦合效应。因此，要想准确预报复杂载荷作用下加筋板的安全性和可靠性，就需要有能同时施加复杂载荷的装置开展极限强度试验。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能模拟弯矩和轴向压力共同作用的加筋板强度试验装置，能有效解决现有技术加载形式单一的问题。
5.一种能同时施加弯矩和轴压的加筋板强度试验装置，包括导轨4、支柱3、传动轴1、可装卸卡具2以及加载连杆5，其中，
6.支柱3设置在导轨4上并与加载连杆5连接，支柱3受加载连杆5驱动可以沿导轨4滑动，从而提供轴向压力；
7.传动轴1受支柱3的支撑并能够转动，主体截面为矩形截面，两端为圆形截面，两端用于连接为传动轴1传递扭矩的驱动齿轮11；
8.卡具2布置在传动轴1的矩形截面区间，固定连接到传动轴1。
9.进一步地，所述矩形截面为正方形截面，边长与圆形截面直径相等。
10.进一步地，卡具2通过卡具紧固螺杆24夹紧到传动轴1。
11.进一步地，卡具2包括卡具基座端面和试样紧固螺杆21。
12.进一步地，卡具2的试样紧固螺杆21端部连接有垫板22，垫板22厚度不小于试样板厚。
13.进一步地，卡具2的个数及间距根据试样的整体强度和试验的需求确定。
14.进一步地，所述的支柱为h型支柱，h型支柱的两个顶端分别开设有与传动轴1两端圆形截面尺寸相匹配的孔洞。
15.与现有装置相比，本发明的主要特点为：
16.(1)采用可装卸卡具2，可以根据试验要求布置卡具2数量及间距，适用于不同尺寸的试样，安装方便，灵活度高。
17.(2)采用变截面形式的传动轴1，保证卡具2能随轴同步转动。
18.(3)通过卡具2可以将传动轴1受到的扭矩转换成施加在试样上的弯矩，通过加载连杆5驱动支柱沿导轨4的滑动提供轴向压力，实现了弯矩和轴压的同步加载。
附图说明
19.图1是本发明加筋板强度试验装置的示意图；
20.图2是本发明传动轴1的示意图；
21.图3是本发明卡具2的示意图。
22.图中标号说明：1—传动轴；2—卡具；3—h型支柱；4—导轨；5—加载连杆；11—扭矩驱动齿轮11；21—试样紧固螺杆；22—圆形垫板22；23—卡具基座端面；24—卡具紧固螺杆；41—导轨限位孔
具体实施方式
23.下面结合附图实例来详细说明本发明装置的原理及使用方法。
24.图1、图2和图3分别示例性的给出了本发明构想的加筋板强度试验装置的整体结构、传动轴1结构以及卡具2结构，本领域技术人员完全能够理解。
25.本发明的加筋板强度试验装置如图1所示。装置主体是对称结构，主要由导轨4、h型支柱3、传动轴1、可装卸卡具2以及加载连杆5组成。导轨4上预留限位孔，通过螺栓与地面固定，以确保整体装置的稳定性。支柱与加载连杆5连接，安装在导轨4上，受加载连杆5驱动，沿导轨4滑动，为装置提供轴向压力。传动轴1采用“圆—方—圆”的截面布置形式，并在两端连接驱动齿轮11。齿轮可以与扭力加载装置相连，为传动轴1提供扭矩。卡具2布置在传动轴1的方形截面区间，通过卡具紧固螺杆24可以夹紧传动轴1，并随传动轴1同步转动，卡具2的个数及间距根据试样的整体强度和试验的需求确定。试样紧固螺杆21端部需要连接圆形垫板22，垫板厚度应不小于试样板厚。扭矩传感器布置在传动轴1上，压力传感器和位移传感器布置在加载连杆5上。
26.发明的试验装置安装在固定导轨4上，通过加载连杆5驱动h型支柱3沿导轨4的单自由度运动产生轴向压力。试样安装时，首先需要调整前后支柱的间距，使其略大于加筋板长度，同时根据加筋板宽度调整卡具2位置，然后吊装试样，对称放置在卡具基座端面23上，调整支柱间距使其卡紧加筋板试样，最后旋紧试样紧固螺杆21，即可完成装配。
27.图2示例性地表示了本装置传动轴1的结构。传动轴1采用了“圆—方—圆”的变截面布置形式，传动轴1的两端分别穿过在h型支柱上设置的尺寸相匹配的孔洞，使得传动轴1可以转动。圆截面直径与方形截面边长等长，这样能最大程度弱化截面交接位置的应力集中，保证装置的整体强度。轴的两端布置驱动齿轮11，驱动齿轮11和扭力加载装置相连，为传动轴1提供扭矩。
28.图3示例性地表示了可装卸卡具2的结构。根据试验要求确定卡具2个数后，放松卡具紧固螺杆24，调整卡具2位置，使其均匀分布在传动轴1方形截面区间，然后旋紧螺杆进行固定。当加筋板试样被吊装放置到卡具基座端面23上后，旋紧试样紧固螺杆21，完成装配。为了保证紧固螺杆的有效性和稳定性，需要在螺杆端部连接圆形垫板22来增大紧固压力的受力面积，圆形垫板22的厚度不宜小于试样板厚。
29.虽然，以上所述已经用一般性说明及具体实施方法对本发明装置进行了详尽的描述，但并不能因此理解为对本发明专利的范围的限制。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对其作一些修改或改进。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。


技术特征：
1.一种能同时施加弯矩和轴压的加筋板强度试验装置，包括导轨(4)、支柱(3)、传动轴(1)、可装卸卡具(2)以及加载连杆(5)，其中，支柱(3)设置在导轨(4)上并与加载连杆(5)连接，支柱(3)受加载连杆(5)驱动可以沿导轨(4)滑动，从而提供轴向压力；传动轴(1)受支柱(3)的支撑并能够转动，主体截面为矩形截面，两端为圆形截面，两端用于连接为传动轴(1)传递扭矩的驱动齿轮(11)；卡具(2)布置在传动轴(1)的矩形截面区间，固定连接到传动轴(1)。2.根据权利要求1所述的加筋板强度试验装置，其特征在于，所述矩形截面为正方形截面，边长与圆形截面直径相等。3.根据权利要求1所述的加筋板强度试验装置，其特征在于，卡具(2)通过卡具紧固螺杆(24)夹紧到传动轴(1)。4.根据权利要求1所述的加筋板强度试验装置，其特征在于，卡具(2)包括卡具基座端面和试样紧固螺杆(21)。5.根据权利要求4所述的加筋板强度试验装置，其特征在于，卡具(2)的试样紧固螺杆(21)端部连接有垫板(22)，垫板(22)厚度不小于试样板厚。6.根据权利要求1所述的加筋板强度试验装置，其特征在于，卡具(2)的个数及间距根据试样的整体强度和试验的需求确定。7.根据权利要求1所述的加筋板强度试验装置，其特征在于，所述的支柱为h型支柱，h型支柱的两个顶端分别开设有与传动轴(1)两端圆形截面尺寸相匹配的孔洞。

技术总结
本发明涉及一种能同时施加弯矩和轴压的加筋板强度试验装置，包括导轨(4)、支柱(3)、传动轴(1)、可装卸卡具(2)以及加载连杆(5)，其中，支柱(3)设置在导轨(4)上并与加载连杆(5)连接，支柱(3)受加载连杆(5)驱动可以沿导轨(4)滑动，从而提供轴向压力；传动轴(1)受支柱(3)的支撑并能够转动，主体截面为矩形截面，两端为圆形截面，两端用于连接为传动轴(1)传递扭矩的驱动齿轮(11)；卡具(2)布置在传动轴(1)的矩形截面区间，固定连接到传动轴(1)。固定连接到传动轴(1)。固定连接到传动轴(1)。


技术研发人员：余杨 郭虎 余建星 王福程 李昊达 刘欣 张凌波 苏晔凡
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/8/5