专利名称：一种正弦循环荷载加载装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加载装置，特别涉及一种正弦循环荷载加载装置。
技术背景
在循环荷载作用下，结构会产生与静载明显不同的作用效应。由于受到侧向加载 设备条件的限制，以及循环加载问题本身的复杂性，现在对承受循环荷载作用的结构物的 试验研究较少。
同时，对结构疲劳效应的分析，是结构设计的重要部分，对提高结构的可靠性和使 用寿命有十分重要的意义，疲劳试验是研究疲劳效应很重要的方法。
目前循环加载的方法主要采用激振器或作动器，通过数据采集反馈控制荷载的施 加，然而，这类装置结构复杂，操作性不强，输出的正弦循环荷载的规则程度受反馈控制设 备限制，同时，这类装置在使用和维护上费用较高，不适合施加长期的循环荷载。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单实用的正弦循环荷载加载装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该正弦循环荷载加载装置包括固 定支座、第二重物、第一定滑轮、第二定滑轮和驱动部分，所述第一定滑轮、第二定滑轮分别 固定安装在固定支座上；所述驱动部分包括电机、杠杆、旋转杆和第一重物，所述杠杆的一 端与固定支座铰接在一起，电机的输出轴贯穿所述杠杆的另一端，所述电机的输出轴的端 部与旋转杆的一端固定连接，所述旋转杆的另一端与第一重物固定连接；所述杠杆与穿过 第一定滑轮的第一绳索的一端连接，所述第二重物与穿过第二定滑轮的第二绳索的一端连 接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
(1)本装置适用于对结构物施加规则的正弦循环荷载。
(2)本装置整体构造简单，易于安装，费用低，加载过程稳定，能够准确地提供循环 次数大于一百万次的正弦循环荷载，弥补了在循环荷载作用下结构试验研究的不足。
(3)本装置可以提供双向的正弦循环荷载。


图1是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明驱动部分的工作状态俯视图。
图中1、第二重物，2、第二绳索，3、第一绳索，4、第一重物，5、第一定滑轮，6、第二 定滑轮，7、铰，8、杠杆，9、电机，10、旋转杆，11、固定支座，12、第一重物运动轨迹线。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明的具体方案。
参见图1，本发明包括固定支座11、第二重物1和驱动部分，所述驱动部分包括电 机9、杠杆8、旋转杆10和第一重物4，固定支座11作为整个装置的固定端，杠杆8的一端与 固定支座11通过铰7铰接在一起，电机9的输出轴贯穿杠杆8的另一端，电机9的输出轴 的端部与旋转杆10的一端固定连接。电机9作为动力源，通过其输出轴使得旋转杆10做 圆周运动，旋转杆10的另一端与第一重物4固定连接，由此旋转杆10带动第一重物4同时 做圆周运动。杠杆8与穿过第一定滑轮5的第一绳索3的一端连接，第二重物1与穿过第 二定滑轮6的第二绳索2的一端连接。
使用时，使结构物12位于第一定滑轮5和第二定滑轮6之间，杠杆8通过穿过第 一定滑轮5的第一绳索3与结构物12的加载部位连接，通过第一绳索3传递的拉力，对结 构物12施加荷载，杠杆8与第一绳索3的连接处可位于杠杆8上任意处，第二重物1通过 穿过第二定滑轮6的第二绳索2与结构物12的加载部位连接。
本发明的工作原理如下
参见图1，本发明的正弦循环荷载加载装置的第二重物1通过第二滑轮6的第二绳 索2的一端连接到结构物12上，第一重物4通过旋转杆10连接到电机9上，杠杆8则通过 第一滑轮5的第一绳索3与结构物12连接。第二重物1的一部分重量通过绳索拉力用来 平衡杠杆8、电机9和旋转杆10的重量，使得整个加载过程中，杠杆8始终保持水平状态；第 二重物1的另一部分重量使得第二绳索2产生的拉力F3作用在结构物12上。试验开始后， 启动电机9，第一重物4随着旋转杆10 —起旋转，做水平面上的圆周运动。如图2所示，第 一重物4处于圆周运动上的某一时刻位置，虚线圆是第一重物4的运动轨迹线12。根据力 矩平衡原理，第一绳索3和第一重物4分别对杠杆8施加向上的拉力F1和向下的拉力F2, 拉力F1和F2对杠杆8与固定支座11的铰接点取矩，得到关系式(1)
F1 = F2 · (b · cos θ +a+c) /a (1)
式(1)中，a表示杠杆8与固定支座11的铰接点到第一绳索3与杠杆8连接点的 距离，b表示电机9输出轴的端部与旋转杆10的连接点到旋转杆10与第一重物4连接点 的距离，c表示电机9的输出轴的端部与旋转杆10的连接点到第一绳索3与杠杆8连接点 的距离，θ表示杠杆8的中心线与旋转杆10中心线的夹角。
正弦与余弦可以互换，由式(1)可知，拉力F1呈正弦循环变化，由此，通过拉力F1 和拉力F3的共同作用可对结构物12施加双向的正弦循环荷载。
本发明整体构造简单，易于安装，加载过程稳定，由于对结构物12施加的循环荷 载是通过绳索拉力的变化产生的，所以，只需要控制两个重物的重量就可以控制循环荷载 的大小，这保证了本发明装置荷载施加的准确性很高；同时，电机9稳定的运转能使得旋转 杆8做长期稳定的圆周运动，这保证了本发明装置能提供循环次数大于一百万次的正弦循 环荷载。
权利要求
1. 一种正弦循环荷载加载装置，其特征是包括固定支座(11)、第二重物(1)、第一定 滑轮(5)、第二定滑轮(6)和驱动部分，所述第一定滑轮(5)、第二定滑轮(6)分别固定安装 在固定支座(11)上；所述驱动部分包括电机(9)、杠杆(8)、旋转杆(10)和第一重物0)， 所述杠杆(8)的一端与固定支座(11)铰接在一起，电机(9)的输出轴贯穿所述杠杆(8)的 另一端，所述电机(9)的输出轴的端部与旋转杆(10)的一端固定连接，所述旋转杆(10)的 另一端与第一重物固定连接；所述杠杆(8)与穿过第一定滑轮(5)的第一绳索(3)的 一端连接，所述第二重物(1)与穿过第二定滑轮(6)的第二绳索O)的一端连接。
全文摘要
本发明公开了一种正弦循环荷载加载装置，包括固定支座、第二重物、第一定滑轮、第二定滑轮和驱动部分，所述第一定滑轮、第二定滑轮分别固定安装在固定支座上；所述驱动部分包括电机、杠杆、旋转杆和第一重物，所述杠杆的一端与固定支座铰接在一起，电机的输出轴贯穿所述杠杆的另一端，所述电机的输出轴的端部与旋转杆的一端固定连接，所述旋转杆的另一端与第一重物固定连接；所述杠杆与穿过第一定滑轮的第一绳索的一端连接，所述第二重物与穿过第二定滑轮的第二绳索的一端连接。本发明结构简单、实用，能够提供准确、稳定的双向正弦循环荷载，循环荷载的次数可达到一百万次以上。
文档编号G01M99/00GK102042911SQ20101053668
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者孔令刚, 朱斌, 熊根, 陈云敏, 陈仁朋 申请人:浙江大学