锥形曲面多截面横向剪力试验加载装置及装调方法

技术领域

本发明涉及航天飞行器舱体结构类试验领域，具体地，涉及锥形曲面多截面横向剪力试验加载装置及装调方法。

背景技术

运载火箭卫星整流罩是卫星的保护罩，整流罩和火箭箭体的其它部段一样，在火箭飞行中承受风切变形成的弯矩、横向剪力、加速飞行中形成的过载轴力，以及外压等，在这些外载荷作用下，整流罩应有足够的强度和刚度保证不破坏和不产生大的变形，需要通过地面试验考核其承载能力，其中横向剪力试验工况主要考核横向剪力、弯矩、轴力、外压载荷对整流罩的影响，其中，轴力和外压通过折算为弯矩来推算出对剪力的贡献。

为了分散剪力试验的载荷集中，一般根据整流罩飞行过程中最严酷的受力情况，确定整流罩一定数量的载荷分布截面和各截面载荷，在各个截面上通过加载工装及相应的加载系统分别施加剪力载荷。

专利文献CN114739833A提供了一种三向可调节试验加载系统，包括试验件、重力平衡系统、随动加载系统以及承力地轨；试验件安装在承力地轨上；重力平衡系统包括气囊和弯剪压耦合加载工装，设置在试验件的顶部，气囊用于平衡重力平衡系统的重力；随动加载系统包括侧向承力柱、可调节加载系统以及加载件；侧向承力柱设置在试验件的加载方向；加载件的载荷通过可调节加载系统传递给弯剪压耦合加载工装；可调节加载系统安装在侧向承力柱上，且位置和高度通过弯剪压耦合加载工装的加载点位置确定。但是该专利文献不适用于锥形曲面多截面横向剪力试验加载。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种锥形曲面多截面横向剪力试验加载装置和装调方法。

根据本发明提供的一种锥形曲面多截面横向剪力试验加载装置，包括：横向剪力加载装置、竖直悬吊装置；

所述横向剪力加载装置包括：柔性加载带1、切向帆布拉片2、调节拉杆3、液压作动筒5；切向帆布拉片2沿周向均匀粘贴在试件表面，柔性加载带1穿入切向帆布拉片2，利用帆布拉片2的承载能力承受柔性加载带1沿斜面的剪力载荷切向分量，约束柔性加载带1的切向滑动，与柔性加载带1两端分别串联调节拉杆3至液压作动筒5；

竖直悬吊装置包括承力框架6、悬吊绳7、配重块8；承力框架6提供悬挂支点，为门字型框架，横跨在横向剪力传力装置上方；悬吊绳7上端与承力框架6的悬吊点连接，下端与配重块8连接，在配重块8的重力作用下保持竖直垂下，并沿悬吊点自由摆动，悬吊绳7安装位置挨着横向剪力传力装置。

优选地，柔性加载带1以U字型环绕在试验件9指定截面的外表面上，两端由液压作动筒5分别施加对半相等的剪力载荷，调节拉杆3能够调节U型加载带两侧的长度，并调紧柔性加载带1至水平预紧状态；在液压作动筒5作用下，通过柔性加载带1将剪力载荷传递至各截面，实现多截面横向剪力试验加载。

优选地，待横向剪力传力装置水平状态后，悬吊绳7与横向剪力传力装置的相应搭接位置进行绑扎，使得横向剪力传力装置保持水平状态，且平衡其重量。

优选地，悬吊绳7随着横向剪力传力装置受载拉伸而产生自由摆动，动态随动平衡横向剪力传力装置的重量，且不影响剪力载荷的传递。

优选地，横向剪力加载装置还包括合力杠杆4；柔性加载带1与合力杠杆4的指定分力点连接，通过合力杠杆4连接液压作动筒5，合力杠杆4将相邻的剪力加载点通过杠杆原理合成合力点。

优选地，液压作动筒5安装在承力墙上，安装位置与剪力加载点保持一致，用于施加横向剪力载荷。

根据本发明提供的一种根据所述的锥形曲面多截面横向剪力试验加载装置的装调方法，其特征在于，令横向剪力加载装置处于预紧状态，将横向剪力加载装置收紧产生的冲击载荷控制到最小化。

优选地，将柔性加载带1和调节拉杆3拉直调水平，保证杠杆分配载荷正确，并对调节拉杆3的张紧状态进行调节，排除柔性加载带1与切向帆布拉片2的安装间隙，将柔性加载带1调至各加载截面的正确位置，确保加载装置受拉收紧稳定，将加载装置收紧产生的冲击载荷控制到最小化

优选地，在试验件9的各截面加载点位置粘贴切向帆布拉片2，沿周向均布，将柔性加载带1穿入切向帆布拉片2的承力套内，柔性加载带1的两端作为剪力加载点；

确定试验工位，依次在承力地面上安装承力平台10、过渡段11和试验件9，根据各截面的柔性加载带1的两端间距和高度确定各剪力承力点，利用试验工位承力墙和工装搭建剪力承力架，在剪力承力架相应的位置分别安装液压作动筒5；再将相邻截面单侧的柔性加载带1两两组合，通过合力杠杆4合成，合力杠杆4连接在液压作动筒5上；

测量合力杠杆4的加载点距柔性加载带1端部的距离，配备合适长度和承载能力的调节拉杆3，将合力杠杆4与柔性加载带1串联。

优选地，将液压作动筒5调至最大伸出位置，将液压作动筒5与合力杠杆4、调节拉杆3、以及柔性加载带1连接成一体，形成U字型的加载装置，分别在U字型加载装置的两端，通过同步调紧两端的调节拉杆3，将柔性加载带1和调节拉杆2拉直调水平，并将合力杠杆4两端调节成等距，保证杠杆分配载荷正确；通过改变调节拉杆3的张紧状态，消除柔性加载带1与切向帆布拉片2的安装间隙，将柔性加载带1调至各加载截面的正确位置，受压面与试件表面贴合；在调节拉杆3和柔性加载带1的上方安装承力框架6，在调节拉杆3的正上位置安装悬吊绳7和配重8，悬吊绳7与横向剪力传力装置的相应搭接位置进行绑扎，将剪力加载装置通过悬吊或支撑的方式平衡自身重量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明根据试验件外表面的各截面横向剪力加载要求，创新设计了“U”型剪力加载装置两点对称加载的方式，利用柔性加载环抱试验件外表面而形成“U”型的两个加载点，各自通过液压作动进行对称同步加载，柔性加载带与试件的加载贴合面满足设计要求，加载带受压产生的挤压力满足试验件表面承载要求。

2、本发明根据柔性加载带受剪力切向分量作用而沿试件外表斜面滑移的特点，创新性设计了在试件表面周向粘贴切向帆布拉片，通过帆布拉片承载来约束柔性加载带，并承受横向剪力在切向的载荷分量，帆布拉片的粘接不会大幅改变或影响试验件的结构承载能力，能很好的约束柔性加载带的加载位置，不会造成试验件局部过载的情况，且帆布拉片安装简易，操作方便，试验实施更加方便和可靠。

3本发明设计的竖直悬吊装置利用悬吊绳的悬吊下垂和自由摆动特点，将悬吊绳安装位置紧挨着横向剪力传力装置，待横向剪力传力装置水平状态后，悬吊绳与横向剪力传力装置的相应搭接位置进行绑扎，从而使得横向剪力传力装置能够保持水平状态，且平衡其重量，并随着悬吊绳的自由摆动，起到动态随动平衡横向剪力传力装置的重量，且不会影响剪力载荷的传递。

4、本发明设计的调平预紧方法是将液压作动筒伸出至最大位移行程，将安装操作人员安排在“U”字型加载装置的两端，通过同步调紧两端的调节拉杆，将柔性加载带和调节拉杆拉直调水平，保证杠杆分配载荷正确，液压作动筒的位移行程满足试件变形要求。通过调节拉杆的张紧状态，消除柔性加载带与切向帆布拉片的安装间隙，将柔性加载带调至各加载截面的正确位置，受压面与试件表面贴合。确保加载装置受拉收紧稳定，将加载装置收紧产生的冲击载荷控制到最小化。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为头锥结构八段截面横向剪力试验加载系统的安装示意图。

图2为柔性加载带1的结构示意图。

图3为切向帆布拉片2的结构示意图。

图4为调节拉杆3的结构示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提出了适用于锥形曲面多截面横向剪力载荷加载的试验装置构型，根据各截面横向剪力试验加载要求，自下而上依次安装剪力加载装置和竖直悬吊装置，通过各截面的柔性加载带1和切向帆布拉片2安装、调节拉杆3的串接和长度调节、以及竖直悬吊绳7对横向剪力传递工装的悬吊和平衡重力，实现横向剪力加载装置的快速安装和精确加载。

具体地，如图1所示，本发明提供了一种涉及航天飞行器舱体结构类试验领域的锥形曲面多截面横向剪力试验加载装置及装调方法，包括横向剪力加载装置、竖直悬吊装置，以及调平预紧方法。

横向剪力加载装置包括柔性加载带1、切向帆布拉片2、调节拉杆3、合力杠杆4、液压作动筒5，柔性加载带1以“U”字型环绕在试验件9指定截面的外表面上，两端分别施加对半相等的剪力载荷，切向帆布拉片2沿周向均匀粘贴在试件表面，柔性加载带1穿入其中，利用帆布拉片2的承载能力承受柔性加载带1沿斜面的剪力载荷切向分量，约束柔性加载带1的切向滑动，调节拉杆3与柔性加载带1串联接长后，再与合力杠杆4的指定分力点连接，调节拉杆3可以调节U型加载带两侧的长度，并调紧柔性加载带1至水平预紧状态。合力杠杆4将相邻合适距离的剪力加载点通过杠杆原理合成合力点，减少液压作动筒数量。在液压作动筒5作用下，通过环绕在试验件各截面的“U”型剪力加载装置将剪力载荷传递至各截面，实现多截面横向剪力试验加载。

竖直悬吊装置包括承力框架6、悬吊绳7、配重块8，承力框架6为竖直悬吊装置提供悬挂支点，为“门”字型框架，横跨在横向剪力传力装置上方。悬吊绳7上端与承力框架6的悬吊点连接，下端与配重块8连接，在配重块8的重力作用下保持竖直垂下，并沿悬吊点自由摆动，悬吊绳7安装位置紧挨着横向剪力传力装置，待横向剪力传力装置水平状态后，悬吊绳7与横向剪力传力装置的相应搭接位置进行绑扎，从而使得横向剪力传力装置能够保持水平状态，且平衡其重量，同时悬吊绳7随着横向剪力传力装置受载拉伸而产生自由摆动，起到动态随动平衡横向剪力传力装置的重量，且不会影响剪力载荷的传递。

本发明还同时提出了调平预紧方法，将柔性加载带1和调节拉杆3拉直调水平，保证杠杆分配载荷正确，并对调节拉杆3的张紧状态进行调节，排除柔性加载带1与切向帆布拉片2的安装间隙，将柔性加载带1调至各加载截面的正确位置，确保加载装置受拉收紧稳定，将加载装置收紧产生的冲击载荷控制到最小化。

具体地，根据本发明的一个8段截面横向剪力试验加载的试验实施例，通过以下步骤完成装配：

首先，根据试验件9的截面受载宽度，选择合适长度、宽度的高强度柔性加载带1，承载能力和延伸率应满足试验加载要求。同时根据各截面横向剪力的剪切分量，确定合适胶接强度的胶粘剂，并计算确定各截面所需切向帆布拉片2的粘接数量。在各截面加载点位置粘贴一定数量的切向帆布拉片2，沿周向均布，将柔性加载带1穿入切向帆布拉片2的承力套内，柔性加载带1的两端作为剪力加载点；

接着，确定试验工位，依次在承力地面上安装承力平台10、过渡段11和试验件9，根据各截面的柔性加载带1的两端间距和高度确定各剪力承力点，利用试验工位承力墙和工装搭建剪力承力架，在剪力承力架相应的位置分别安装液压作动筒5。再将相邻截面单侧的柔性加载带1两两组合，通过合力杠杆4合成，合力杠杆4连接在液压作动筒5上。

然后，测量合力杠杆4的加载点距柔性加载带1端部的距离，配备合适长度和承载能力的调节拉杆3，将合力杠杆4与柔性加载带1串联；

最后，采用调平预紧方法。

由于试件受拉变形大，为了保证液压作动筒5的位移行程满足变形需求，将液压作动筒5全部打出，通过预紧调节拉杆3将各柔性加载带1拉直，消除柔性加载带1与切向帆布拉片2的承力套之间的安装间隙；也就是说，将液压作动筒5调至最大伸出位置，将液压作动筒5与合力杠杆4、调节拉杆3、以及柔性加载带1连接成一体，形成“U”字型的加载装置，分别安排操作人员在“U”字型加载装置的两端，通过同步调紧两端的调节拉杆3，将柔性加载带1和调节拉杆2拉直调水平，并将合力杠杆4两端调节成等距，保证杠杆分配载荷正确。通过改变调节拉杆3的张紧状态，消除柔性加载带1与切向帆布拉片2的安装间隙，将柔性加载带1调至各加载截面的正确位置，受压面与试件表面贴合。

为了消除工装固重对剪力载荷影响，在调节拉杆3和柔性加载带1的上方安装承力框架6，在调节拉杆3的正上位置安装悬吊绳7和配重8，将剪力加载装置通过悬吊或支撑的方式平衡自身重量。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。