框与地板梁连接结构静力试验装置

技术领域

本发明涉及结构强度试验技术领域，具体涉及一种框与地板梁连接结构静力试验装置，可用于框与地板梁的静强度验证试验。

背景技术

在机身等直段结构中，客舱地板的承重载荷由地板梁承担，通过地板梁与框的连接区传递到机身框上，并进一步传递到附近的机身壁板上。对于这种结构特征、各连接部位的受力特征以及连接件的边界约束情况复杂的组合结构件，需要通过静强度验证试验来曝露结构设计中的薄弱环节，得到结构静强度及其破坏模式。

框与地板梁连接结构是一种承受面外载荷的三维环向结构。由于平直结构与曲面结构的抗弯刚度存在很大差异，为了尽可能真实地模拟机身壁板对框的支持，获取地板梁所引起的机身壁板响应，不宜将曲壁板简化为平直结构。必须根据框与地板梁连接结构的特征和受力特点，有针对性地设计开发配套的试验方法和试验装置。

为了尽量真实地模拟框与地板梁连接结构试验件在飞机整体结构中的实际边界约束情况，需要对试验件壁板的四周和地板梁进行多方向位移约束。试验件的壁板由蒙皮、长桁和框构成，在机体中会受到相邻结构在环向、径向和航向的约束。试验过程中需要保持壁板的曲率半径不变，保证试验件的环向和航向的总尺寸不变。

对框与地板梁连接结构进行受载分析，可将客舱地板的承重载荷简化为接近地板梁端部的轴向拉伸载荷与地板梁腹板面内弯矩的组合载荷，试验件的加载中心位于地板梁腹板中面内。然而，地板梁与框的连接属于单搭接连接形式，地板梁腹板中面上的载荷会对连接区产生附加弯矩，使得地板梁及加载点发生沿地板梁纵轴的扭转。在实际结构中，地板梁会受到地板及其它关联结构的约束，不发生这种扭转变形。因此，必须限制地板梁的扭转变形。

发明内容

本发明的目的是针对框与地板梁连接结构的特点，提供一种框与地板梁连接结构静力试验装置，以真实模拟其在飞机结构中的支持状态和受力情况。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种框与地板梁连接结构静力试验装置，包括承力地坪，地板梁缘条约束组件，扭转变形约束装置，支持加载框架，试验件，试验件加载端，试验件端部支持组件以及蒙皮面外法线支持组件，其中：

地板梁缘条约束组件固定于承力地坪上，并与试验件的地板梁连接以提供约束；扭转变形约束装置对称安装在试验件两侧，用于为支持加载框架提供面外法向支持；支持加载框架中对称设置有加载装置，加载装置将载荷通过试验件加载端传递给试验件，支持加载框架还用于对试验件进行支持；所述试验件端部支持组件用于对试验件端部提供环向和径向的约束，蒙皮面外法线支持组件的长度能调节，用于实现对试验件侧面在不同位置进行曲面法线的约束。

进一步地，所述地板梁缘条约束组件包括钢管，钢管的一端通过一个内衬有关键轴承的支持双耳安装有连接片，连接片与试验件的地板梁缘条相连接；钢管的另一端通过另一组支持双耳连接固定于槽钢底座上的一个单耳，所述槽钢底座固定在支撑立柱上，支撑立柱通过地脚螺栓固定在承力地坪上。

进一步地，所述扭转变形约束装置包括压梁和扭转变形约束组件，其中，压梁在试验件两侧对称设置一对，分别通过对称布设的支撑立柱固支在承力地坪上，扭转变形约束组件包括滚轮，滚轮设置在滚轮底座上，通过两个相对设置的旋转接头和一个转接套筒安装在滚珠轴承上；滚珠轴承活动式安装在一个光轴上，光轴两端各通过支持底座固定在压梁上，在滚珠轴承与一个所述支持底座之间的光轴上套装有定位弹簧，通过定位弹簧调节其在光轴上的位置。

进一步地，所述支持加载框架包括底座、加载装置以及加载杠杆组件，其中，底座固定在承力地坪上，加载装置在所述底座上设置一对，加载装置包括推拉作动筒，推拉作动筒的下端安装在作动筒铰座上，作动筒铰座固定在所述底座上，在推拉作动筒的输出端上安装传感器和测力计接头，通过测力计接头连接所述加载杠杆组件；推拉作动筒，传感器和测力计接头为加载杠杆组件施加载荷。

进一步地，所述加载杠杆组件包括一对背向连接的杠杆，所述测力计接头与沿长度方向上开设于杠杆上的载荷槽连接，将推拉作动筒的载荷施加在杠杆上；且作动筒加载螺栓在所述载荷槽上的连接位置可调节；加载杠杆组件上开设有通孔，通孔中安装有加载轴销，施加在杠杆上的载荷通过加载轴销传递到试验件加载端上，继而传递给试验件。

进一步地，所述试验件上端的上支持底座和试验件下端的下支持底座通过底座螺栓组件固定在底座上，分别用于支持试验件的上端、下端，其外形与试验件上端、下端的外表面相适配。

进一步地，所述试验件包括弧形的地板梁以及地板梁加载区，地板梁的两端各设置蒙皮上端支持加强区，蒙皮下端支持加强区，地板梁的侧面设置蒙皮侧面支持加强区；地板梁的内侧面上间隔分布有多条长桁，沿地板梁的弧向设置有框与连接角片，框与连接角片和倾斜设置的地板梁加载区固定连接。

进一步地，所述试验件加载端包括与地板梁加载区对接的加载工字梁，以及连接及传递载荷的加载端腹板机构；加载工字梁上端开设有连接孔，用于和支持加载框架中的加载杠杆组件连接；加载工字梁的下端两侧与地板梁加载区的两侧均设置有相互配合的侧边沿；所述加载端腹板机构包括位于加载工字梁侧边沿内侧的第一突缘盖板以及位于所述地板梁加载区侧边沿外侧的第二突缘盖板，在加载工字梁表面两侧还设置有加载端腹板盖板。

进一步地，所述试验件端部支持组件包括上端部支持组件和下端部支持组件，上端部支持组件包括上端支持号盖板，上端支持号盖板，上端支持号盖板、上支持端双耳和下支持端双耳，其中，上支持端双耳固定在试验件的上支持底座上，上端支持号盖板，上端支持号盖板为L型结构，分别位于蒙皮上端支持加强区上表面端部的两侧，上端支持号盖板衬垫于蒙皮上端支持加强区端部底面上；上端支持号盖板，上端支持号盖板，上端支持号盖板与蒙皮上端支持加强区和框与连接角片连接起来，这五者之间的接触曲面弧度贴合；上端支持号盖板与上端支持号盖板之间放置上端支持垫板；上端支持号盖板，上端支持号盖板及其之间上端支持垫板连接在所述上支持端双耳之间，上端支持号盖板固定在上支持端双耳的底座上。

进一步地，所述蒙皮面外法线支持组件包括蒙皮连接双耳、蒙皮盖板、螺杆、单耳和套筒，其中：

使用多组蒙皮面外法线支持组件约束蒙皮侧面支持加强区，蒙皮盖板与蒙皮侧面支持加强区的接触面曲率相同，二者配合加工；在试验件的长桁两侧底边处与蒙皮盖板配孔连接，试验件上的蒙皮侧面支持加强区上固定有多个蒙皮盖板，蒙皮连接双耳设置于试验件的底部，并与蒙皮盖板固定；在含有内螺纹的套筒的两端分别安装一个单耳，将蒙皮连接双耳和套筒上端的单耳连接起来，下端的单耳用于安装在底座上；两个单耳轴孔中心均加装球轴承，使蒙皮面外法线支持组件呈现二力杆的结构；通过双耳底座与套筒下端安装的单耳的配合，将蒙皮面外法线支持组件固定在底座上。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明提供的框与地板梁连接结构静力试验装置能够约束曲面壁板结构且施加面外载荷，该装置可用于模拟曲面壁板结构在飞机机身等直段结构中的边界条件，以及客舱地板的承重载荷对框与地板梁连接结构的力学响应，为这种结构特征、各连接部位的受力特征以及连接件的边界约束情况复杂的组合结构件的结构设计提供参考。并且，该试验装置安装方便，结构紧凑，能够高效准确地施加试验件约束和试验载荷，提高试验效率。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为地板梁缘条约束组件2结构示意图；

图3为扭转变形约束装置3结构示意图；

图4为扭转变形约束组件302结构示意图；

图5为支持加载框架4结构示意图；

图6为加载装置403结构示意图；

图7为加载杠杆组件404结构示意图；

图8为试验件5结构示意图；

图9为试验件加载端6结构示意图；

图10为试验件端部支持组件7结构示意图；

图11为蒙皮面外法线支持组件8结构示意图。

图中标号说明：1承力地坪，2地板梁缘条约束组件，3扭转变形约束装置，4支持加载框架，5试验件，6试验件加载端，7试验件端部支持组件，8蒙皮面外法线支持组件，201连接螺栓组件，202支持双耳，203连接片，204关节轴承，205钢管，206支撑立柱，207支持单耳，208槽钢底座，301压梁，302扭转变形约束组件，302a支持底座，302b连接螺栓组件，302c支持轴箍，302d定位弹簧，302e滚珠轴承，302f旋转接头，302g转接套筒，302h滚轮底座，302k滚轮，302i螺母，302j滚轮轴，302l光轴，401底座，402地脚螺栓，403加载装置，403a作动筒铰座，403b铰座连接螺栓，403c作动筒球铰螺栓，403d推拉作动筒，403e传感器，403f测力计接头，404加载杠杆组件，404a作动筒加载螺栓，404b作动筒加载垫圈，404c作动筒加载螺母，404d杠杆，404e加载轴销，404f载荷槽，404g螺母，405上支持底座，406下支持底座，407底座连接螺栓组件，501地板梁加载区，502蒙皮上端支持加强区，503长桁，504蒙皮侧面支持加强区，505蒙皮下端支持加强区，506框与连接角片，601加载工字梁，602加载端腹板盖板，603第二突缘盖板，604第一上突缘盖板，605内六角圆柱头螺钉，701上支持端双耳，702底座链接螺栓，703上端支持垫板，704螺母，705垫圈，706上端支持1号盖板，707上端支持2号盖板，708上端支持3号盖板，709销子，710下端支持1号盖板，711下端支持3号盖板，712下端支持垫板，713下支持端双耳，714下端支持2号盖板，801螺母，802垫圈，803蒙皮连接双耳，804螺栓连接件，805蒙皮盖板，806螺杆，807球轴承，808垫圈，809螺母，810单耳，811套筒，812双耳底座。

具体实施方式

参见图1，本发明公开了一种框与地板梁连接结构静力试验装置，包括承力地坪1，地板梁缘条约束组件2，扭转变形约束装置3，支持加载框架4，试验件5，试验件加载端6，试验件端部支持组件7以及蒙皮面外法线支持组件8，其中：

地板梁缘条约束组件2固定于承力地坪1上，并与试验件5的地板梁连接以提供约束；扭转变形约束装置3对称安装在试验件5两侧，用于为支持加载框架4提供面外法向支持；支持加载框架4中对称设置有加载装置403，加载装置403将载荷通过试验件加载端6传递给试验件5，支持加载框架4还用于对试验件5进行支持；所述试验件端部支持组件7用于对试验件5端部提供环向和径向的约束，蒙皮面外法线支持组件8的长度能调节，用于实现对试验件5侧面在不同位置进行曲面法线的约束。

如图2所示，在本发明的一个实施例中：

地板梁缘条约束组件2包括所述钢管205，钢管205的一端通过一组连接螺栓组件201、一个内衬有关键轴承204的支持双耳202安装有连接片203，连接片203与试验件5的地板梁缘条相连接；钢管的另一端通过另一组支持双耳202、连接螺栓组件201连接固定于槽钢底座208上的一个单耳207，所述槽钢底座208固定在支撑立柱206上，支撑立柱206通过地脚螺栓固定在承力地坪1上；如图1所示，所述支撑立柱206对称设置，试验件5位于对称设置的支撑立柱206之间。

如图3、图4所示，可选地，扭转变形约束装置3包括压梁301和扭转变形约束组件302，其中，压梁301在试验件5两侧对称设置一对，分别通过对称布设的支撑立柱206固支在承力地坪1上，扭转变形约束组件302包括滚轮302k，滚轮302k通过螺母302i和滚轮轴302j固定在滚轮底座302h上，通过两个相对设置的旋转接头302f和一个转接套筒302g安装在滚珠轴承302e上；滚珠轴承302e穿过光轴302l，光轴302l两端各通过支持底座302a、连接螺栓组件302b和支持轴箍302c固定在压梁301上，在滚珠轴承302e与一个所述支持底座302a之间的光轴3021上套装有定位弹簧302d，通过定位弹簧302d调节其在光轴302l上的位置。扭转变形约束组件302通过滚轮302k为加载杠杆组件404提供面外法向支持。

如图5所示，本发明的一个实施例中，所述支持加载框架4包括底座401、加载装置403以及加载杠杆组件404，其中，底座401通过地脚螺栓402固定在承力地坪1上，试验件5上端的上支持底座405和试验件5下端的下支持底座406通过底座螺栓组件407固定在底座401上，分别用于支持试验件5的上端、下端，其外形与试验件上端、下端的外表面相适配；本实施例中，上支持底座405的位置较下支持底座406低。

如图6所示，展示了加载装置403的结构示意图；加载装置403在所述底座401上设置一对，加载装置403包括推拉作动筒403d，推拉作动筒403d的下端通过作动筒球铰螺栓403c安装在作动筒铰座403a上，作动筒铰座403a通过铰座连接螺栓403b固定在所述底座401上，在推拉作动筒403d的输出端上安装传感器403e和测力计接头403f，通过测力计接头403f连接所述加载杠杆组件；推拉作动筒403d，传感器403e和测力计接头403f为加载杠杆组件404施加载荷。如图7所，所述加载杠杆组件404包括一对背向连接的杠杆404d，所述测力计接头403f通过作动筒加载螺栓404a、作动筒加载垫圈404b和作动筒加载螺母404c与沿长度方向上开设于杠杆404d上的载荷槽404f连接，将推拉作动筒403d的载荷施加在杠杆404d上；且作动筒加载螺栓404a在所述载荷槽404f上的连接位置可调节；加载杠杆组件404上开设有通孔，通孔中通过垫圈和螺母404g安装有加载轴销404e，施加在杠杆404d上的载荷通过加载轴销404e传递到试验件加载端6上，继而传递给试验件5。

如图8所示，试验件5包括弧形的地板梁以及地板梁加载区501，地板梁的两端各设置蒙皮上端支持加强区502，蒙皮下端支持加强区505，地板梁的侧面设置蒙皮侧面支持加强区504；地板梁的内侧面上间隔分布有多条长桁503，沿地板梁的弧向设置有框与连接角片506，长桁503穿过框与连接角片506，且框与连接角片506和倾斜设置的地板梁加载区501固定连接；框与连接角片506的横截面为工字型结构。

如图9所示，试验件加载端6包括与地板梁加载区501对接的加载工字梁601，以及连接及传递载荷的加载端腹板机构；加载工字梁601上端开设有连接孔，用于和支持加载框架4中的加载杠杆组件404通过加载轴销404e连接；加载工字梁601的下端两侧与地板梁加载区501的两侧均设置有相互配合的侧边沿；所述加载端腹板机构包括位于加载工字梁601侧边沿内侧的第一突缘盖板604以及位于所述地板梁加载区501侧边沿外侧的第二突缘盖板603，在加载工字梁601表面两侧还设置有加载端腹板盖板602；通过内六角圆柱头螺钉605穿过地板梁加载区501、加载工字梁601及其两侧的突缘盖板，以及加载端腹板盖板602将加载工字梁601和地板梁加载区501连接起来，并传递载荷。

如图10所示，试验件端部支持组件7包括上端部支持组件和下端部支持组件，其中上端部支持组件包括上端支持1号盖板706，上端支持2号盖板707，上端支持3号盖板708、上支持端双耳701，其中，上支持端双耳701通过底座连接螺栓702固定在试验件的上支持底座405；上端支持1号盖板706，上端支持2号盖板707为L型结构，分别位于蒙皮上端支持加强区502上表面端部的两侧，上端支持3号盖板708衬垫于蒙皮上端支持加强区502端部底面上，蒙皮上端支持加强区502使用多组内六角圆柱头螺钉605将上端支持1号盖板706，上端支持2号盖板707，上端支持3号盖板708与蒙皮上端支持加强区502和框与连接角片506连接起来，这五者之间的接触曲面弧度贴合，实现对蒙皮上端支持加强区502和框与连接角片506上端的环向和径向的约束，且在加载过程中保持壁板的曲率半径不变，保证试验件的环向和航向的总尺寸不变。上端支持1号盖板706与上端支持2号盖板707之间放置上端支持垫板703，以保证加载过程中传载均匀，以及保证上端支持1号盖板706，上端支持2号盖板707，上端支持3号盖板708始终保持结构平行且不发生非预期的面外变形。上端支持1号盖板706，上端支持2号盖板707及其之间上端支持垫板703通过螺母704，垫圈705和销子709连接在所述上支持端双耳701之间；再通过螺母704、垫圈705和销子709将上端支持3号盖板708固定在上支持端双耳701的底座上。

类似地，下端部支持组件包括下端支持1号盖板710，下端支持2号盖板714，下端支持3号盖板711和下支持端双耳713，下支持端双耳713通过底座连接螺栓702固定在试验件的下支持底座406上，蒙皮下端支持加强区505和框与连接角片506通过内六角圆柱头螺钉605与下端支持1号盖板710，下端支持2号盖板714，下端支持3号盖板711相连；下端支持1号盖板710、下端支持2号盖板714之间设置有下端支持垫板712，通过螺母704，垫圈705和销子709连接三者在下支持端双耳713之间；并将下端支持3号盖板711固定在下支持端双耳713的底座上，实现对蒙皮下端支持加强区505和框与连接角片506下端的环向和径向的约束。

如图11所示，蒙皮面外法线支持组件8包括蒙皮连接双耳803、蒙皮盖板805，以及提供面外法向约束的螺杆806、单耳810和套筒811，其中：

使用12组蒙皮面外法线支持组件8约束蒙皮侧面支持加强区504，其中蒙皮盖板805与蒙皮侧面支持加强区504的接触面曲率相同，二者配合加工；在试验件5的长桁503两侧底边处与蒙皮盖板805配孔连接，约束长桁503之间刚度较弱的区域；试验件5上的蒙皮侧面支持加强区504上通过螺栓连接件804固定有多个蒙皮盖板805，蒙皮连接双耳803设置于试验件5的底部，并通过螺母801，垫圈802与蒙皮盖板805固定；在含有内螺纹的套筒811的两端分别安装一个单耳810，使用螺杆806、垫圈808、螺母809将蒙皮连接双耳803和套筒811上端的单耳810连接起来，下端的单耳810用于安装在底座401上；套筒811用以调节蒙皮面外法线支持组件8长度，实现对蒙皮侧面支持加强区504不同位置的约束；两个单耳810轴孔中心均加装球轴承807，使蒙皮面外法线支持组件8呈现“二力杆”的结构，使得蒙皮侧面支持加强区504始终受到通过曲面法线的约束，然后通过双耳底座812、螺栓连接件804与套筒811下端安装的单耳810的配合，将蒙皮面外法线支持组件8固定在底座401上，实现对试验件5蒙皮侧边的约束。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。