专利名称：一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料结构静压痕试验技术，尤其是涉及一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机。
背景技术：
复合材料层压结构广泛应用在航空结构中，对于冲击载荷却十分敏感，非常容易产生纤维断裂、分层和基体开裂等损伤，从而大大降低结构的承载能力，在航空结构工程中，需要进行大量的含损伤复合结构承载性能测试工作。研究结果表明(如沈真、杨胜春、陈普会著的“复合材料层压板抗冲击行为及表征方法的实验研究.复合材料学报，25 (5)125-133)，复合材料受冲击后产生的凹坑适用于损伤程度的评价，同时凹坑的深度也是损伤可见性的指标，对结构维护中的目视损伤检测有重要意义，复合材料结构在冲击下的凹 坑特性是经常考察的内容。通常，复合材料结构低速冲击响应为准静态响应，冲击接触力大小只与能量有关，而与冲击速度无关。因此，可用静态压痕方法，对结构施加与冲击接触力相等的静态力，从而代替冲击试验。并且，静态压痕试验重复性好，易于控制。但是对于大型的复合材料结构，由于难以安装和结构变形大等原因，难以使用通用的台式静力试验机进行静压痕试验和测量，需用特殊设备来完成。

发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种整体结构简单且便于移动的复合材料结构静压痕损伤预制试验机。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，包括支撑组件、压头、压头进给组件和测控组件，所述的压头进给组件与支撑组件连接，并与压头传动连接，所述的测控组件与压头进给组件连接，压头对准试验件。所述的支撑组件包括支脚、下横梁、立柱和上横梁，所述的下横梁固定在支脚上，并通过立柱与上横梁连接。所述的压头进给组件包括位移传感器、力传感器、升降横梁、驱动器和螺杆，所述的位移传感器固定在下横梁上，用于测量试验件表面相对于下横梁的位移，所述的力传感器与压头连接，并与驱动器一起固定在升降横梁上，所述的升降横梁与立柱滑动连接，所述的驱动器与螺杆传动连接，所述的螺杆上端与上横梁连接，下端与升降横梁连接。所述的上横梁上设有与螺杆匹配的螺纹孔，所述的升降横梁上设有与螺杆下端连接的推力轴承。所述的驱动器上设有驱动器齿轮，所述的螺杆上设有与驱动器齿轮相连接的螺杆齿轮，驱动器依次通过驱动器齿轮、螺杆齿轮来带动螺杆运动，并通过上横梁的反作用力实现升降横梁的运动，从而带动压头对试验件施加压力。所述的测控组件采集力传感器、位移传感器和驱动器中的数据，来实现力控制加载和凹坑深度控制加载。所述的力控制加载过程如下I)驱动器加载；2)力传感器实时采集接触力数据，并判断该接触力数据是否到达设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤I)；3)驱动器停止加载。所述的凹坑深度控制加载过程如下I)驱动器加载；·2)判断试验件的凹坑深度是否达到设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤I);3)驱动器停止加载。所述的凹坑深度为进给组件的进给量减去位移传感器所得位移。与现有技术相比，本发明具有以下优点I、实现了在大型复合材料结构上进行静态压痕试验完成预制损伤；2、能够通过位移传感器和力传感器，实现在特定的压力要求或者压痕深度要求下，控制压头进给量，，适用于大型复合材料结构的静压痕损伤预制，来模拟低速落锤冲击实验。


图I为本发明的结构示意图；图2为本发明的力控制加载过程流程图；图3为本发明的凹坑深度控制加载过程流程图。其中，I-支持组件，2-压头进给组件，3-支脚，4-下横梁，5-位移传感器，6_立柱，7-压头，8-力传感器，9-升降横梁，10-驱动器，11-驱动器齿轮，12-上横梁，13-螺纹孔，14-螺杆，15-螺杆齿轮，16推力轴承。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图I所示，一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，包括支撑组件I、压头7、压头进给组件2和测控组件，所述的压头进给组件2与支撑组件I连接，并与压头7传动连接，所述的测控组件与压头进给组件2连接，压头7对准试验件。所述的支撑组件I包括支脚3、下横梁4、立柱6和上横梁12，所述的下横梁4固定在支脚3上，并通过立柱6与上横梁12连接。所述的压头进给组件2包括位移传感器5、力传感器8、升降横梁9、驱动器10和螺杆14，所述的位移传感器5固定在下横梁4上，用于测量试验件表面相对于下横梁4的位移，所述的力传感器8与压头7连接，并与驱动器10 —起固定在升降横梁9上，所述的升降横梁9与立柱6滑动连接，所述的驱动器10与螺杆14传动连接，所述的螺杆14上端与上横梁12连接，下端与升降横梁9连接。所述的上横梁12上设有与螺杆14匹配的螺纹孔13，所述的升降横梁9上设有与螺杆14下端连接的推力轴承16。所述的驱动器10上设有驱动器齿轮11，所述的螺杆14上设有与驱动器齿轮11相连接的螺杆齿轮15，驱动器10依次通过驱动器齿轮11、螺杆齿轮来15带动螺杆14运动，并通过上横梁12的反作用力实现升降横梁9的运动，从而带动压头7对试验件施加压力。所述的测控组件采集力传感器 、位移传感器和驱动器中的数据，来实现力控制加载和凹坑深度控制加载。如图2所示，所述的力控制加载过程如下1)驱动器加载；2)力传感器实时采集接触力数据，并判断该接触力数据是否到达设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤
I);3)驱动器停止加载。如图3所示，所述的凹坑深度控制加载过程如下1)驱动器加载；2)判断试验件的凹坑深度是否达到设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤I) ；3)驱动器停止加载。所述的凹坑深度为进给组件的进给量减去位移传感器所得位移，这种方式克服了大型结构受载后变形较大的不利因素，实现指定深度凹坑的预制。
权利要求
1.一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，包括支撑组件、压头、压头进给组件和测控组件，所述的压头进给组件与支撑组件连接，并与压头传动连接，所述的测控组件与压头进给组件连接，压头对准试验件。
2.根据权利要求I所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的支撑组件包括支脚、下横梁、立柱和上横梁，所述的下横梁固定在支脚上，并通过立柱与上横梁连接。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的压头进给组件包括位移传感器、力传感器、升降横梁、驱动器和螺杆，所述的位移传感器固定在下横梁上，用于测量试验件表面相对于下横梁的位移，所述的力传感器与压头连接，并与驱动器一起固定在升降横梁上，所述的升降横梁与立柱滑动连接，所述的驱动器与螺杆传动连接，所述的螺杆上端与上横梁连接，下端与升降横梁连接。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的上横梁上设有与螺杆匹配的螺纹孔，所述的升降横梁上设有与螺杆下端连接的推力轴承。
5.根据权利要求3所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的驱动器上设有驱动器齿轮，所述的螺杆上设有与驱动器齿轮相连接的螺杆齿轮，驱动器依次通过驱动器齿轮、螺杆齿轮来带动螺杆运动，并通过上横梁的反作用力实现升降横梁的运动，从而带动压头对试验件施加压力。
6.根据权利要求3所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的测控组件采集力传感器、位移传感器和驱动器中的数据，来实现力控制加载和凹坑深度控制加载。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的力控制加载过程如下 1)驱动器加载； 2)力传感器实时采集接触力数据，并判断该接触力数据是否到达设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤I)； 3)驱动器停止加载。
8.根据权利要求6所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的凹坑深度控制加载过程如下 1)驱动器加载； 2)判断试验件的凹坑深度是否达到设定值，若为是，执行步骤3)，若为否，返回步骤I); 3)驱动器停止加载。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，其特征在于，所述的凹坑深度为进给组件的进给量减去位移传感器所得位移。
全文摘要
本发明涉及一种复合材料结构静压痕损伤预制试验机，包括支撑组件、压头、压头进给组件和测控组件，所述的压头进给组件与支撑组件连接，并与压头传动连接，所述的测控组件与压头进给组件连接，压头对准试验件。与现有技术相比，本发明具有整体结构简单且便于移动，适用于大型复合材料结构的静压痕损伤预制。
文档编号G01N3/34GK102706754SQ20121019528
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者于哲峰, 汪海, 高尚君 申请人:上海交通大学