一种飞机机翼垮肋大开口加筋壁板剪切试验设备及方法

技术领域

本发明属于航空领域机翼加筋壁板试验技术，涉及一种飞机机翼垮肋大开口加筋壁板剪切试验设备及方法。

背景技术

飞机机翼盒段为了能够装配和检修，需要在壁板上设置大开口，开口上再连接承载口盖，共同承受机翼壁板载荷。开口尺寸一般至少容许一人能够进入，对于中小型飞机，开口尺寸会大于一个肋距。对于此类垮肋大开口加筋壁板结构尚无很精确的剪切承载能力计算方法，主要通过试验方法获得其剪切承载能力。目前对于垮肋大开口加筋壁板结构的剪切试验是设计一个至少4个肋距的盒段进行试验，如图1所示，试验规模大、经费大、周期长，因此研究一种简化的垮肋大开口加筋壁板剪切试验方法具有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的是在保证试验件受载状态和边界条件真实的条件下，设计一种简化的垮肋大开口加筋壁板剪切试验。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种飞机机翼垮肋大开口加筋壁板剪切试验设备，包括试验件、试验夹具以及平板支持夹具，其中：

所述试验件包括考核区和设置在考核区四周的夹持边，相邻的夹持边之间存在圆弧缺口；在考核区的中心位置布置有垮肋大开口，垮肋大开口上设置有承载口盖，承载口盖的形状与大开口形状一致；在承载口盖上分布有横竖筋条；所述垮肋大开口的两侧对称布置长桁，在承载口盖两侧区域沿长桁长度方向中间位置背靠背布置多个肋假件；

所述试验夹具包括第一加载板、第二加载板，所述第一加载板、第二加载板均包括夹板以及设置在夹板两侧的耳片，在耳片上开设有对接孔；第一加载板、第二加载板沿试验件的夹持边布设；在试验件的每一侧，试验件相对的夹持边上分别布置一对第一加载板和一对第二加载板，相邻的第一加载板和第二加载板端部的耳片的对接孔相对应并穿过连接销，从而使得第一加载板、第二加载板端部的耳片上下叠摞；

所述平板支持夹具在试验件的每个肋假件处各布置一个，肋假件的半圆弧端面与平板支持夹具的表面实现线接触，以此实现对试验件的非开口区域提供面外简支条件；在施加载荷前平板支持夹具不应给肋假件有力的作用；平板支持夹具固定在试验现场。

进一步地，所述垮肋大开口为两端为圆弧的矩形结构，垮肋大开口周边设置有一圈口框，承载口盖通过螺栓与垮肋大开口的边缘连接。

进一步地，试验件上设置长桁一侧的肋假件设计为可供长桁通过的带缺口加筋结构，试验件另一侧的肋假件设计为加筋结构；

所述肋假件与考核区连接的一端设计为平板结构，另一端设计为半圆形弧面。

进一步地，所述长桁的长度等于2倍机翼肋距，考核区为正方形壁板，考核区的边长与长桁的长度相同。

进一步地，所述第二加载板两端的耳片相对于夹板部分向同一侧对称凸出；试验夹具夹持试验件后，所述相邻的第一加载板和第二加载板端部的耳片所处位置为试验件上相邻夹持边之间的圆弧缺口处。

进一步地，位于试验件对角处的一对连接销用于连接试验机，通过试验机施加对角拉伸载荷来实现试验件的剪切受载状态。

进一步地，在每个平板支持夹具的四个角布置螺纹孔，通过连接螺栓将平板支持夹具固定在试验现场的立柱或龙门架上。

一种飞机机翼垮肋大开口加筋壁板剪切试验方法，包括：

在进行剪切试验时，首先在试验件上不同部位布置应变片，然后将试验件与试验夹具、平板支持夹具装配好，选取一个对角处的连接销与试验机上对应的夹头连接；将平板支持夹具通过其上安装的连接螺栓固定在试验现场的立柱或龙门架上；将应变片的导线与测量设备连接，通过试验机开始对试验件施加拉伸载荷，加载过程中，通过应变片来采集试验件的受载情况，当试验件被加载至破坏时，停止加载。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明设计了一种简化的垮肋大开口加筋壁板剪切试验。该试验设计了一个带4个肋假件的垮肋大开口加筋壁板试验件，每个肋假件一端通过螺栓连接在壁板上，另一端设计为半圆形弧面；在每个肋假件的弧面端布置一平板支持夹具，使肋假件弧面与平板平面实现线接触，由此对壁板非开口区域提供面外简支条件，且此支持状态在试验件受载后能跟随试验件的变形提供面外简支条件，支持条件真实；试验件四边设计夹持段，夹持段两侧通过螺栓连接两端带耳片的加载夹板，加载夹板通过耳片对接连接于试验机上，施加对角拉伸载荷来实现试验件的剪切受载状态。相比于传统方法，本发明不需要再设计盒段来安装试验件，并且对试验件的形式进行了简化，大大简化了试验规模、试验实施简单，减少了试验周期、降低经费。

附图说明

图1为现有的垮肋大开口盒段试验件；

图2为本发明提供的试验件的正面图；

图3为试验件的背面图；

图4为试验件与试验夹具装配后的正面图；

图5为试验件与试验夹具装配后的背面图；

图6为试验件与试验夹具装配后的侧面图。

图中标号说明：1试验件，1-1考核区，1-2夹持边，1-3垮肋大开口，1-4承载口盖，1-5长桁，1-6圆弧缺口，1-7肋假件，2试验夹具，2-1第一加载板，2-2第二加载板，2-3连接销，2-4耳片，2-5平板支持夹具，2-6连接螺栓。

具体实施方式

本发明提供了一个带多个肋假件的垮肋大开口加筋壁板试验件；在每个肋假件外端布置一平板支持夹具，对壁板非开口区域提供面外简支条件；试验件四边设计夹持段，夹持段两侧通过螺栓连接两端带耳片的加载夹板，加载夹板通过耳片对接连接于试验机上，施加对角拉伸载荷来实现试验件的剪切受载状态。该试验方法相比盒段试验大大简化了试验规模、试验实施简单，减少了试验周期、降低经费。

参见图1至图6，本发明的一种飞机机翼垮肋大开口加筋壁板剪切试验设备，包括试验件1、试验夹具2以及平板支持夹具2-5，其中：

1.试验件

试验件1包括考核区1-1和设置在考核区1-1四周的夹持边1-2，夹持边1-2进行相应加强，且其厚度对称面与考核区1-1蒙皮厚度对称面一致，以保证剪切载荷力线通过蒙皮厚度中心面；相邻的夹持边1-2之间存在圆弧缺口1-6。

其中，考核区1-1为正方形壁板，边长等于2倍机翼肋距，在考核区1-1的中心位置布置有垮肋大开口1-3，本实施例中垮肋大开口1-3为两端为圆弧的矩形结构；垮肋大开口1-3的两侧对称布置几根长桁1-5，长桁1-5的长度等于2倍机翼肋距，长桁1-5的数量根据长桁1-5间距及肋距的关系确定，通常为了使试验件1最终破坏位置位于垮肋大开口1-3区域，大开口两侧长桁1-5的间距不宜选取过大。

所述垮肋大开口1-3上设置有承载口盖1-4；垮肋大开口1-3周边设置有一圈口框，承载口盖1-4通过螺栓与垮肋大开口1-3的边缘连接；承载口盖1-4的形状与大开口形状一致。在承载口盖1-4上分布有横竖筋条。

为了模拟翼肋对大开口加筋壁板口盖两侧区域的支持条件，在承载口盖1-4两侧区域沿长桁1-5长度方向中间位置背靠背布置4个肋假件1-7，试验件1设置长桁1-5一侧的肋假件1-7记为长桁侧肋假件，另外一侧记为平面侧肋假件，其中长桁侧肋假件设计为可供长桁1-5通过的带缺口1-6加筋结构，长桁侧肋假件与考核区1-1连接的一端设计为平板结构，参数应接近实际肋参数，此端通过螺栓与考核区1-1连接；另一端设计为半圆形弧面。平面侧肋假件设计为加筋结构，肋假件1-7一端设计为平板结构，参数应接近实际肋参数，此端通过螺栓与壁板蒙皮连接，一端设计为半圆形弧面。

2.试验夹具

试验夹具2包括第一加载板2-1、第二加载板2-2，连接销2-3，耳片4，平板支持夹具2-5，连接螺栓2-6，其中：

所述第一加载板2-1、第二加载板2-2均包括夹板以及设置在夹板两侧的耳片4，在耳片4上开设有对接孔；其中，第二加载板2-2两端的耳片4相对于夹板部分向同一侧对称凸出。

第一加载板2-1、第二加载板2-2用于给跨肋大开口加筋壁板试验件1施加载荷，沿试验件1的夹持边1-2布设；在试验件1的每一侧，试验件1相对的夹持边1-2上分别布置一对第一加载板2-1和一对第二加载板2-2，相邻的第一加载板2-1和第二加载板2-2端部的耳片4的对接孔相对应并穿过连接销2-3，从而使得第一加载板2-1、第二加载板2-2端部的耳片4上下叠摞，同时使第一加载板2-1、第二加载板2-2与夹持边1-2面接触，即每条夹持边1-2上的两侧背靠背设置一对第一加载板2-1或第二加载板2-2。

试验夹具2夹持试验件1后，所述相邻的第一加载板2-1和第二加载板2-2端部的耳片4所处位置为试验件1上相邻夹持边1-2之间的圆弧缺口1-6处，从而使得耳片4的布置不会对试验件1造成影响。本实施例中由于试验件1为四边形结构，其四个角处试验夹具2上的耳片4各穿过一根连接销2-3，且位于试验件1对角处的一对连接销2-3用于连接试验机，通过试验机施加对角拉伸载荷来实现试验件1的剪切受载状态。

3.平板支持夹具

平板支持夹具2-5用于给肋假件1-7提供面外支持，平板支持夹具2-5应具有一定的厚度以保证足够的面外刚度。在试验件1的每个肋假件1-7处各布置一个平板支持夹具2-5，肋假件1-7的半圆弧端面与平板支持夹具2-5的表面实现线接触，以此实现对试验件1的非开口区域提供面外简支条件，且此支持状态在试验件1受载后能跟随试验件1的变形提供面外简支条件，支持条件真实。在施加载荷前平板支持夹具2-5不应给肋假件1-7有力的作用；在每个平板支持夹具2-5的四个角布置螺纹孔，通过连接螺栓2-6将平板支持夹具2-5固定在试验现场的立柱或龙门架上。

在进行剪切试验时，首先在试验件1上不同部位布置应变片，然后按照上述方法将试验件1与试验夹具2、平板支持夹具2-5装配好，选取一个对角处的连接销2-3与试验机上对应的夹头连接；将平板支持夹具2-5通过其上安装的连接螺栓2-6固定在试验现场的立柱或龙门架上；将应变片的导线与测量设备连接，通过试验机开始对试验件1施加拉伸载荷，加载过程中，通过应变片来采集试验件1的受载情况，当试验件1被加载至破坏时，停止加载。

本发明的试验设备通过在某型机机翼大开口壁板剪切试验中的应用，有效的解决了实际工程难题。

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：其依然可以以对前述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等同替换；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。