一种民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及飞机翼根大尺寸壁板对接结构试验技术领域，尤其涉及一种民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置。


背景技术：

2.目前，先进民机机翼翼根连接区域存在大量复杂复合材料加筋壁板对接结构，且该结构为飞机的主承力结构，连接关系复杂。飞行载荷作用下，机翼翼根关键连接区受拉伸载荷作用，为了验证翼根关键连接区大尺寸壁板对接结构的承载性能和相关数值分析方法，需开展试验验证研究。
3.试验过程中，试验机通常通过连接组件与试验件相连。然而，对于大尺寸试验件，极易出现因夹持与加载方案不合理导致的应力分布不均现象；同时，连接组件难免存在孔位误差和装配误差等，不能保证试验件处于正确受拉状态，无法保证翼根大尺寸壁板对接结构试验件加载的对中性，从而导致试验数据不够准确。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置，解决了大尺寸壁板对接结构试验过程中的不对中和应力分布不均现象，能更精确地模拟翼根大尺寸壁板对接结构受力状态。
5.为实现上述实用新型目的，本技术提供如下技术方案：
6.本技术提供一种民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置，包括：
7.试验件，所述试验件具有外翼侧壁板和中央翼侧壁板；
8.两个连接组件，两个连接组件分别夹持于所述试验件的外翼侧壁板和中央翼侧壁板，两个所述连接组件分别连接于试验机的两个夹头；
9.支撑部件，所述支撑部件支撑于任一所述连接组件，以调平两个所述连接组件。
10.可选的，所述连接组件包括夹持组件和夹持接头，所述夹持组件夹持于所述试验件的外翼侧壁板或中央翼侧壁板，所述夹持接头分别铰接于所述夹持组件和试验机的夹头；
11.所述支撑部件支撑于任一所述夹持接头上。
12.可选的，所述夹持接头具有垂直于所述试验件的支撑配合面；
13.所述支撑部件支撑于所述支撑配合面上。
14.可选的，所述支撑配合面上设置支撑配合槽；
15.所述支撑部件的端部延伸至所述支撑配合槽内。
16.可选的，民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置包括两个支撑部件，两个所述支撑部件分别连接于两个夹持接头的支撑配合面上；
17.所述支撑部件具有伸长状态和回缩状态。
18.可选的，所述支撑部件为单体件，所述支撑部件可选择地支撑于任一夹持接头的
支撑配合面上。
19.可选的，民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置还包括底架，所述支撑部件连接于所述底架，所述支撑部件能沿所述底架移动并定位。
20.可选的，所述支撑部件具有主体部和伸缩部；
21.所述伸缩部可活动地连接于所述主体部，所述伸缩部能沿所述主体部伸缩并固定，所述伸缩部的端部抵顶于所述连接组件。
22.可选的，所述夹持组件包括过渡接头和夹持板组，所述夹持板组夹持于外翼侧壁板或中央翼侧壁板厚度方向的两侧，所述过渡接头一端设置多个连接孔，另一端设置一个加载孔，各所述连接孔位于同一直线上，所述加载孔位于各所述连接孔连线形成的线段的中垂线上，各连接孔分别通过过渡接头连接销连接于夹持板组，所述加载孔通过加载轴连接于所述夹持接头。
23.通过采用上述技术方案，使得本技术具有以下有益效果：
24.本技术的试验装置通过增加支撑部件，可调平两侧的连接组件，降低了间隙和装配误差对试验带来的影响，保证了大尺寸试验件加载的对中性。本技术解决了大尺寸壁板对接结构试验过程中的不对中和应力分布不均现象，能更精确地模拟翼根大尺寸壁板对接结构受力状态。
附图说明
25.附图作为本技术的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
26.图1为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的试验件的立体结构示意图；
27.图2为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的试验件的另一视角图；
28.图3为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置处于试验状态的示意图；
29.图4为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置处于试验状态的正视图；
30.图5为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置处于试验状态的俯视图；
31.图6为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的第一侧夹板的结构示意图；
32.图7为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的过渡接头的结构示意图；
33.图8为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的夹持接头的结构示意图；
34.图9为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的过渡接头连
接销的结构示意图；
35.图10为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的支撑部件的结构示意图；
36.图11为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的局部结构爆炸图；
37.图12为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的试验载荷施加方式示意图；
38.图13为本技术实施例提供的民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的试验件偏轴受力状态示意图。
39.图中：1、试验件；11、外翼侧壁板；12、中央翼侧壁板；13、内侧t型对接带板；14、外侧连接带板；2、夹持接头；21、支撑配合面；3、加载轴；4、过渡接头；41、加载孔；42、连接孔；5、过渡接头连接销；6、第一侧夹板；7、第二侧夹板；8、夹板连接销；9、试验机的夹头；10、支撑部件；a、第一应变测点；b、第二应变测点。
具体实施方式
40.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
41.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.实施例一
44.参见图1至图13所示，本技术实施例一提供一种民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置，包括：试验件1、支撑部件10和两个连接组件。试验件1具有外翼侧壁板11和中央翼侧壁板12。两个连接组件分别夹持于所述试验件的外翼侧壁板11和中央翼侧壁板12，两个所述连接组件分别连接于试验机的两个夹头9。支撑部件10支撑于任一所述连接组件，以调平两个所述连接组件。
45.在试验过程中，需要通过两个连接组件分别夹持于试验件1的两端。然而，连接组件难免有孔位误差和装配误差等，不能保证试验件1处于水平受拉状态，无法保证大尺寸壁板对接结构试验件1加载的对中性。针对于此，本技术实施例中，设计了支撑部件10能支持于位置低的连接组件上，调平两个所述连接组件，降低了间隙和装配误差的影响，保证了大尺寸壁板对接结构试验件1加载的对中性，提高试验精准度。
46.参见图1和图2所示，本技术实施例中，选用的试验件1可以为大尺寸结构。试验件1可以由内侧t型对接带板13、外翼侧壁板11(包括蒙皮和长桁)、中央翼侧壁板12(包括蒙皮
和长桁)、外侧连接带板14和连接螺栓组成。该试验件1构型为大尺寸机翼壁板对接结构，具有极限载荷高、尺寸大等特点，其静力试验属于复合材料细节件级大型试验，能更准确地验证机翼翼根连接区大尺寸壁板对接结构的承载能力，为机翼翼根对接结构设计选型和有限元分析方法提供了重要试验数据支持。
47.在一种可能的实施方案中，所述连接组件包括夹持组件和夹持接头2，所述夹持组件夹持于所述试验件1的外翼侧壁板11或中央翼侧壁板12，所述夹持接头2分别铰接于所述夹持组件和试验机的夹头9。所述支撑部件10支撑于任一所述夹持接头2上。
48.该实施方案中，夹持接头2直接支撑于试验机的夹头9，为连接组件的端部位置，支撑部件10直接向夹持接头2施加支撑力，更利于调平整个连接组件。使得两个连接组件各部件位于同一水平线上。
49.在实验过程中，试验件1采用卧式加载的方案。试验件1为长板状。试验件1被横向固定，且试验件1所在平面和水平面相垂直。试验机的夹头9具有上支撑臂和下支撑臂，所述夹持接头2具有沿纵向延伸的贯通孔，夹持接头2部分伸入所述上撑臂和下支撑臂之间，转轴贯穿上支撑臂、下支撑臂和所述贯通孔设置。支撑部件10平行于该转轴，且抵顶于夹持接头2，调节夹持接头2的高度，转轴为垂直延伸，具有一定的导向作用，有利于支撑部件10能够有效地将位置低的连接组件提升需求的高度。
50.在一种可能的实施方案中，两个所述夹持接头2均具有垂直于所述试验件1的支撑配合面21，所述支撑部件10支撑于所述支撑配合面21上。该实施方案中，支撑配合面21为试验状态下夹持接头2的下表面一侧，能有效地将夹持接头2顶起一定高度。
51.在一种可能的实施方案中，所述支撑配合面21上设置支撑配合槽，所述支撑部件10的端部延伸至所述支撑配合槽内。通过在支撑配合面21上设置支撑配合槽，使得支撑部件10的顶部限位于支撑配合槽，防止实验过程中支撑部件10改变位置。且通过在支撑配合面21上设置支撑配合槽可限定好支撑部件10的支撑位置，提高了试验准确度，方便尽快装配支撑部件10到位。
52.在一种可能的实施方案中，民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置可以包括两个支撑部件10，两个所述支撑部件10分别连接于两个夹持接头2的支撑配合面21上。所述支撑部件10具有伸长状态和回缩状态。
53.该实施方案中，在两侧的连接组件上均安装支撑部件10，支撑部件10可以垂直于支撑配合面21，支撑部件10能够伸缩并定位，实验人员可调节支撑部件10伸缩任意长度并固定。在实际试验过程中，两个支撑部件10择一使用，位置低的一侧连接组件上的支撑部件10伸长支撑相应的夹持接头2。位置高的一侧连接组件上的支撑部件10则保持回缩状态。
54.支撑部件10端部可以固定于夹持接头2上。夹持接头2上可以设置连接座，支撑部件10端部连接于该连接座上，支撑部件10可拆卸设置，方便更换维修。
55.在另一种可能的实施方案中，所述支撑部件10为单体件，所述支撑部件10可选择地支撑于任一夹持接头2的支撑配合面21上。该实施方案中，支撑部件10为单独的配件结构，方便单独收纳。实验人员可以手动操作，将处于回缩状态的支撑部件10放置于目标位置，然后控制支撑部件10伸长，使得顶端抵顶于所述支撑配合面21上。夹持接头2同时也会对伸缩部件施加向下的力，使得支撑部件10保持竖直状态不变，支撑部件10不易晃动歪斜。
56.在一种可能的实施方案中，民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置还包括底架，
所述支撑部件10连接于所述底架，所述支撑部件10能沿所述底架移动并定位。
57.该实施方案中，底架可以安装于底台上，底架位于试验件1正下方，底架平行于试验件1延伸设置。通过滑动支撑部件10可调节支撑部件10支撑的位置，如支撑在不同连接组件的夹持接头2上，或支撑在支撑配合面21的不同位置上。
58.底架可以包括滑轨，支撑部件10可以滑动连接于所述滑轨，支撑部件10沿滑轨移动可调节支撑的位置。且滑轨上沿长度方向可以设置多个螺纹孔，在调节好支撑部件10的位置后，通过螺栓螺纹连接于支撑部件10所在位置对应的螺纹孔上，拧紧螺栓可以抵顶于支撑部件10，达到固定支撑部件10位置的作用。或者，支撑部件10也可以不需要螺栓固定，仅依靠连接组件施加的压力保持位置固定即可。
59.底架也可以包括丝杠机构，丝杠机构包括丝杠和导向杆，支撑部件10可以螺纹连接于丝杠，且支撑部件10通过贯通孔套设于导向杆，通过驱动丝杠旋转可调节支撑部件10的位置。
60.在一种可能的实施方案中，所述支撑部件10具有主体部和伸缩部。所述伸缩部可活动地连接于所述主体部，所述伸缩部能沿所述主体部伸缩并固定，所述伸缩部的端部抵顶于所述连接组件。
61.该支撑部件10可以为伸缩油缸、伸缩气缸、直线电机或其他伸缩机构。当支撑部件10为伸缩油缸时，伸缩油缸的缸体为所述主体部，伸缩油缸的伸缩杆为所述伸缩部。
62.在一种可能的实施方案中，参见图11所示，所述夹持组件包括过渡接头4和夹持板组6、7，所述夹持板组夹持于外翼侧壁板11或中央翼侧壁板12厚度方向的两侧，夹持板组上通过多个夹板连接销8贯穿连接试验件1。参见图7所示，所述过渡接头4一端设置多个连接孔42，另一端设置一个加载孔41，各所述连接孔42位于同一直线上，所述加载孔41位于各所述连接孔42连线形成的线段的中垂线上，各连接孔42分别通过过渡接头连接销5连接于夹持板组，所述加载孔41通过加载轴3连接于所述夹持接头2。
63.该实施方案中，加载孔41的延伸方向和贯通孔的延伸方向相垂直。连接孔42的数量可以为三个或根据试验件实际尺寸确定。
64.试验实施时，由于试验件1尺寸较大，为了尽量减少加载造成的试验件1受载不均匀现象，设计了该过渡接头4结构，过渡接头4靠近试验件1的一端通过多个过渡接头连接销5连接于夹持板组，而过渡接头4另一端则仅通过一个加载轴3连接于夹持接头2，从而将加载轴3输出的力进行了均匀分散至试验件1的不同位置，降低了加载力集中导致的试验件内部应力应变分布不均现象，实现了对大尺寸壁板对接结构试验件1的均匀加载。
65.实施例二
66.本技术实施例二提供上述实施例一中民机翼根大尺寸壁板对接结构试验装置的试验方法，包括:确定试验装置的偏心距离d，将支撑部件10支撑于位置低的连接组件的一侧，调节支撑部件10的高度，使得支撑部件10将相应的连接组件顶起偏心距离d对应的高度。
67.可选的，偏心距离d通过如下公式估算：
[0068][0069]
其中，e为弹性模量，iz为惯性矩，f为预实验加载力，ε
test1
为第一应变测点a的预试
验测试值，ε
test2
为第二应变测点b的预试验测试值，y1为第一应变测点a距离试验件侧面中性轴的距离，y2为第二应变测点b距离试验件侧面中性轴的距离。第一应变测点a和第二应变测点b对称分布在试验件1沿宽度方向的两侧。
[0070]
具体结构中，夹持板组具有第一侧夹板6和第二侧夹板7，第一侧夹板6和第二侧夹板7位于外翼侧壁板11或中央翼侧壁板12的两侧，且第一侧夹板6和第二侧夹板7上设置有多个固定孔，以通过夹板连接销8与大尺寸的试验件1的相应部位连接。过渡接头4具有夹持槽，夹持板组端部插入于夹持槽内，各连接孔42均贯穿过渡接头4，多个过渡接头连接销5贯穿相应连接孔42和夹持板组。过渡接头4的加载轴3与夹持接头2相连接。试验过程中，可根据试验状况调节可移动支撑部件10的位置，使其抵顶于较低一侧的夹持接头2。
[0071]
按照图12所示的加载方式对大尺寸壁板对接结构试验件1进行机械载荷的施加。由于大尺寸壁板对接结构试验件1、过渡接头4、过渡接头连接销5和加载轴3等的加工公差及装配公差，采用卧式加载的试验件1存在中央翼侧与外翼侧加载轴3不在同一水平线情况。试验实施时，为了保持试验件1水平受载状态，采用支撑部件10顶起试验件1偏低一侧，如图12。同时，为了使试验件1受力更均匀，试验载荷f
jz
通过过渡接头4分解为f
x1
，f
x2
，f
x3
，计算公式如下：
[0072][0073]
同时，由于中央翼侧与外翼侧加载轴3不在同一水平线，材料受偏轴拉伸，其受力状态可简化为图13。在对称的第一应变测点a和第二应变测点b处，其应变由加载力f引起的应变εf和偏心导致的弯矩m＝f
·
d(d为偏心距离)引起的应变εm两部分组成，分别如下：
[0074][0075][0076]
其中，a为由第一应变测点a至第二应变测点b对应的纵剖面的面积，e为弹性模量，iz为惯性矩，y为应变测点距离试验件侧面中性轴的距离。
[0077]
第一应变测点a处应变为ε1＝εf εm，第二应变测点b处应变为ε2＝ε
f-εm。通过预试验可得到第一应变测点a和第二应变测点b处应变测试结果ε
test1
和ε
test2
，带入上述方程可估算偏心距离d如下：
[0078][0079]
从上述分析可知，使用支撑部件10顶起高度为d，由支撑部件10来平衡加载轴3、过渡接头连接销5、过渡接头各连接孔42的孔位误差和装配误差等，保证试验件1水平受拉状态。
[0080]
为保证试验安全，经强度校核该套试验装置可承受2～3倍的试验预估破坏载荷，为保证过渡接头连接销、加载轴的强度，采用合金钢制造加载轴3，采用超强钢制造过渡接头连接销，在试验件1考核区域粘贴应变片用以记录试验数据。为了获得更准确的试验数据，将应变片粘贴于大尺寸壁板对接结构连接紧固件传力的旁路载荷位置处。
[0081]
以下示例性地提供大尺寸试验件1对接结构静力试验顺序：
[0082]
(1)预试，按5％破坏载荷级差逐级加载至30％破坏载荷，按10％破坏载荷极差逐级卸载，考察试验件1的受力情况及夹具、加载设备和测量仪器的运行情况；
[0083]
(2)按5％破坏载荷的加载级差加载至65％破坏载荷；
[0084]
(3)按2％破坏载荷级差加载至67％破坏载荷，并保载至数据记录完成；
[0085]
(4)按3％破坏载荷级差加载至70％破坏载荷，并保载至数据记录完成；
[0086]
(5)按5％破坏载荷级差破坏载荷加载到100％破坏载荷后，保载3秒，并保载至数据记录完成；
[0087]
(6)如果没有破坏，继续按每级5％破坏载荷递增，并保载至数据记录完成，直到破坏；若加载到120％破坏载荷时，试验件1未破坏，停止加载。
[0088]
该套试验装置已通过实验室验证，获得了理想的试验结果，证明了试验装置的有效性。
[0089]
以上公开的本技术优选实施例只是用于帮助阐述本技术。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本技术的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本技术。本技术仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。