專(zhuān)利名稱：預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境模擬儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種船用聲學(xué)材料實(shí)船環(huán)境載荷模擬裝置。
背景技術(shù)：
由于海洋科學(xué)考察、海洋資源探測(cè)，海洋領(lǐng)土巡邏等方面的需要，水下航行體的下 潛深度不斷增大，深海航行體的相關(guān)技術(shù)也隨之受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。我國(guó)也將深海 航行體作為未來(lái)水下航行體發(fā)展的主要方向，其研制工作也隨之成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)科技工作者 的重要關(guān)注方向。隨著研究工作的逐步深入，深海航行體研究過(guò)程中暴露出的問(wèn)題也困擾 著廣大科技工作者，并已成為深海航行體研究的瓶頸，如船用聲學(xué)材料在深海環(huán)境下的安 全性問(wèn)題，已成為船用聲學(xué)材料安裝工藝及設(shè)計(jì)的難題。
深海環(huán)境下，船用聲學(xué)材料、水下航行體的殼體結(jié)構(gòu)在靜水壓力下會(huì)產(chǎn)生徑向收 縮變形，但由于船用聲學(xué)材料與水下航行體的殼體在材料、結(jié)構(gòu)形式等方面的差異，在靜水 壓力作用下船用聲學(xué)材料與水下航行體結(jié)構(gòu)的收縮變形將存在一定差異，由此可能導(dǎo)致如 下問(wèn)題
(I)船用聲學(xué)材料大變形問(wèn)題。船用聲學(xué)材料主要系由楊氏模量較小的高分子粘 彈性材料構(gòu)成，其在靜水壓力下，將與深海航行體耐壓殼體結(jié)構(gòu)一起產(chǎn)生較大的收縮變形， 但由于其楊氏模量較低，其在深海高靜水壓力作用下將產(chǎn)生較大變形，且由于船用聲學(xué)材 料內(nèi)部含有周期性空腔結(jié)構(gòu)，其在靜水壓力下變形的均勻性也隨內(nèi)部周期結(jié)構(gòu)的變化存在一定差異；
(2)船用聲學(xué)材料的工藝性問(wèn)題。船用聲學(xué)材料在高靜水壓力下的變形及變形的 不均勻性可能導(dǎo)致聲學(xué)材料連接表面、船用聲學(xué)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的撕裂、開(kāi)膠等破壞，由此對(duì) 船用聲學(xué)材料的安裝工藝提出了新的挑戰(zhàn)；
(3)船用聲學(xué)材料與耐壓殼體的協(xié)調(diào)變形問(wèn)題。由于船用聲學(xué)材料是近似不可壓 縮的粘彈性高分子材料組成，其楊氏模量及泊松比與深海航行體耐壓殼體存在較大差異， 當(dāng)船用聲學(xué)材料與耐壓殼體共同承受靜水壓力時(shí)，船用聲學(xué)材料的變形將與深海航行體耐 壓殼體結(jié)構(gòu)的變形存在一定差異，由此可能導(dǎo)致船用聲學(xué)材料與耐壓殼體結(jié)構(gòu)變形的協(xié)調(diào) 性存在一定差異，使船用聲學(xué)材料內(nèi)表面與深海航行體耐壓殼體結(jié)構(gòu)應(yīng)變不協(xié)調(diào)，可能導(dǎo) 致船用聲學(xué)材料與耐壓殼體出現(xiàn)開(kāi)膠等現(xiàn)象，導(dǎo)致船用聲學(xué)材料的脫落、開(kāi)裂等現(xiàn)象。
目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)船用聲學(xué)材料的研究主要關(guān)注其在常壓下的聲學(xué)性能，而 對(duì)于高靜水壓力下船用聲學(xué)材料的聲學(xué)性能、力學(xué)性能和工藝性能等方面的研究的文獻(xiàn)鮮 有發(fā)表，故開(kāi)展船用聲學(xué)材料的實(shí)船環(huán)境載荷試驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)船用聲學(xué)材料實(shí)船環(huán)境載荷 考核試驗(yàn)裝置，建立實(shí)船環(huán)境載荷考核試驗(yàn)方法，對(duì)于保障船用聲學(xué)材料安全性、提高深海 航行體的聲學(xué)性能具有重要意義。
吸聲材料的物理參數(shù)對(duì)消聲瓦吸聲性能的影響(《哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)》2004年6 月第25卷第3期)，著重分析了材料物理參數(shù)和空腔結(jié)構(gòu)對(duì)聲學(xué)覆蓋層吸聲性能的影響，但 沒(méi)有考慮到深海物理力學(xué)環(huán)境對(duì)空腔結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、實(shí)用性強(qiáng)的預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境 模擬儀。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境模擬儀，其特征是包括基座、自鎖裝置、邊界條件模擬 裝置、應(yīng)變模擬裝置、頂部支撐架、船用聲學(xué)材料，邊界條件模擬裝置包括邊界液壓缸、連接 邊界液壓缸的邊界連桿、夾具，應(yīng)變模擬裝置包括應(yīng)變液壓缸和連接應(yīng)變液壓缸的應(yīng)變連 桿，應(yīng)變液壓缸固定在基座上，邊界液壓缸通過(guò)自鎖裝置安裝在基座上，頂部支撐架連接應(yīng) 變連桿，船用聲學(xué)材料、邊界條件模擬裝置、頂部支撐架構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)，船用聲學(xué)材料構(gòu)成 夾持結(jié)構(gòu)的上部，其余構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)的下部，被測(cè)試件置于夾持結(jié)構(gòu)上部和下部中間，由夾 具固定。
本發(fā)明還可以包括
1、所述的自鎖裝置包括半圓形齒輪和鎖定銷(xiāo)，半圓形齒輪通過(guò)固定軸與基座連 接，半圓形齒輪可繞固定軸旋轉(zhuǎn)，固定齒輪位置時(shí)，鎖定銷(xiāo)置于齒輪的兩齒之間。
2、自鎖裝置和邊界條件模擬裝置組成邊界條件單元，邊界條件單元有四個(gè)，兩兩 一組對(duì)稱分布在基座的兩側(cè)，應(yīng)變模擬裝置有三個(gè)，位于兩組邊界條件單元中間并前后一 字排開(kāi)分布在基座上。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于可通過(guò)調(diào)節(jié)邊界條件模擬裝置的四個(gè)液壓裝置得到不同的 夾持角度，適用于不同曲率的試件，獲得最接近實(shí)際力學(xué)環(huán)境的邊界條件，通過(guò)調(diào)節(jié)自鎖裝 置可將圓周型實(shí)驗(yàn)區(qū)域在0-180度范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，模擬圓柱殼或錐殼結(jié)構(gòu)形式的實(shí)驗(yàn)區(qū) 域。另外由于應(yīng)變模擬裝置采用的是預(yù)拉伸實(shí)驗(yàn)法，可有效避免薄殼結(jié)構(gòu)的壓縮失穩(wěn)問(wèn)題， 除此之外應(yīng)變模擬裝置的絲杠結(jié)構(gòu)可自由調(diào)節(jié)，為試件提供準(zhǔn)確的受力環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的剖面圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1 2，如圖1所示與拉升式力學(xué)環(huán)境模擬儀，該裝置包括基座①、自鎖裝置 ②、液壓裝置③⑥(邊界條件模擬裝置和應(yīng)變模擬裝置)和夾具④，基座①與自鎖裝置②為 軸銷(xiāo)式連接，液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)焊接于自鎖裝置②上，隨自鎖裝置②一起轉(zhuǎn) 動(dòng)，夾具④通過(guò)鉸接方式與液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)連接。液壓裝置⑥(應(yīng)變模擬 裝置)與基座①以螺栓形式連接，液壓裝置⑥(應(yīng)變模擬裝置)頂部為絲杠形式，支撐架通過(guò) 螺栓與之連接。
如圖2自鎖裝置②與液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)共四個(gè)，分前后兩組布置，液 壓裝置⑥(應(yīng)變模擬裝置)共三個(gè)，分前中后三組布置，
液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)前后兩組中每組兩個(gè)液壓裝置左右對(duì)稱布置于自鎖裝置②上。夾具④包括下夾具和上夾具，上下夾具分別有兩個(gè)緊固螺紋孔，下夾具分布 有兩個(gè)鉸接位，試件通過(guò)螺栓穿過(guò)緊固螺紋孔夾持與裝置上。
( I)邊界條件模擬裝置
邊界條件模擬裝置對(duì)稱分布于左右兩側(cè)，每側(cè)由四個(gè)液壓裝置和上下夾具組成， 四個(gè)液壓裝置分為前后兩組，各組分別布置于邊界條件模擬裝置的首尾兩端，組內(nèi)兩個(gè)液 壓裝置分左右兩側(cè)并排布置。液壓裝置上端與下夾具為鉸接，下端采用焊接方式與試驗(yàn)區(qū) 域自鎖裝置連接。上下夾具之間采用螺栓聯(lián)結(jié)，實(shí)驗(yàn)時(shí)試件被螺栓貫穿夾于上下夾具之間。
(2)自鎖裝置
該裝置由一個(gè)半圓形齒輪和兩個(gè)鎖定銷(xiāo)組成。半圓形齒輪可繞與基座連接的固定 軸旋轉(zhuǎn)，待齒輪轉(zhuǎn)到指定位置，將鎖定銷(xiāo)置于兩齒之間，起鎖定實(shí)驗(yàn)區(qū)域的作用。
(3)應(yīng)變模擬裝置
該裝置由底部液壓裝置和頂部支撐架兩部分組成。底部液壓裝置頂部為絲杠形 式，頂部支撐架中部開(kāi)有螺紋孔，與液壓裝置頂部絲杠連接。頂部支撐架兩側(cè)底部開(kāi)有若干 開(kāi)孔，孔內(nèi)穿過(guò)絲杠，絲杠上裝有緊固螺母，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母來(lái)改變支撐架的形狀。
作為優(yōu)選中部絲杠上標(biāo)有刻度。
本發(fā)明使用方法如以下步驟
1、調(diào)節(jié)自鎖裝置②得到與試件大小相符的區(qū)域；
2、調(diào)節(jié)液壓裝置③(邊界條件模擬裝置)得到合理的夾持角度；
3、將夾具④的上下夾具貼于試件上下表面，并用緊固螺栓夾緊；
4、用鎖定銷(xiāo)鎖死自鎖裝置②；
5、調(diào)節(jié)應(yīng)變模擬裝置頂部支架使之達(dá)到合理的加力形式，開(kāi)始調(diào)節(jié)液壓裝置⑥ (應(yīng)變模擬裝置)使試件產(chǎn)生稍大于實(shí)驗(yàn)工況的應(yīng)變；
6、將船用聲學(xué)材料按實(shí)際布置方式粘貼于試件上；
7、調(diào)節(jié)液壓裝置⑥(應(yīng)變模擬裝置)，使試件應(yīng)變減小到與水下運(yùn)載體殼體在深海 環(huán)境中的應(yīng)變量相等后，再將其一起放入壓力罐中進(jìn)行加壓試驗(yàn)。
本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，船用聲學(xué)材料實(shí)船環(huán)境載荷模擬可通過(guò)殼 體成形、預(yù)拉伸、鋪設(shè)船用聲學(xué)材料、收縮、壓力實(shí)驗(yàn)五步來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體操作步驟上，該儀器 可通過(guò)調(diào)節(jié)邊界條件模擬裝置的四個(gè)液壓裝置得到不同的夾持角度，適用于不同曲率的 試件，獲得最接近實(shí)際力學(xué)環(huán)境的邊界條件；通過(guò)調(diào)節(jié)自鎖裝置可將圓周型實(shí)驗(yàn)區(qū)域在 0-180度范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，模擬圓柱殼或錐殼結(jié)構(gòu)形式的實(shí)驗(yàn)區(qū)域。另外由于應(yīng)變模擬裝置 采用的是預(yù)拉伸實(shí)驗(yàn)法，可有效避免薄殼結(jié)構(gòu)的壓縮失穩(wěn)問(wèn)題，除此之外應(yīng)變模擬裝置的 絲杠結(jié)構(gòu)可自由調(diào)節(jié)，為試件提供準(zhǔn)確的受力環(huán)境。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，易于 操作控制等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境模擬儀，其特征是包括基座、自鎖裝置、邊界條件模擬裝置、應(yīng)變模擬裝置、頂部支撐架、船用聲學(xué)材料，邊界條件模擬裝置包括邊界液壓缸、連接邊界液壓缸的邊界連桿、夾具，應(yīng)變模擬裝置包括應(yīng)變液壓缸和連接應(yīng)變液壓缸的應(yīng)變連桿，應(yīng)變液壓缸固定在基座上，邊界液壓缸通過(guò)自鎖裝置安裝在基座上，頂部支撐架連接應(yīng)變連桿，船用聲學(xué)材料、邊界條件模擬裝置、頂部支撐架構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)，船用聲學(xué)材料構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)的上部，其余構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)的下部，被測(cè)試件置于夾持結(jié)構(gòu)上部和下部中間，由夾具固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境模擬儀，其特征是所述的自鎖裝置包括半圓形齒輪和鎖定銷(xiāo)，半圓形齒輪通過(guò)固定軸與基座連接，半圓形齒輪可繞固定軸旋轉(zhuǎn)，固定齒輪位置時(shí)，鎖定銷(xiāo)置于齒輪的兩齒之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境模擬儀，其特征是自鎖裝置和邊界條件模擬裝置組成邊界條件單元，邊界條件單元有四個(gè)，兩兩一組對(duì)稱分布在基座的兩側(cè)，應(yīng)變模擬裝置有三個(gè)，位于兩組邊界條件單元中間并前后一字排開(kāi)分布在基座上。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供預(yù)拉伸式力學(xué)環(huán)境模擬儀，包括基座、自鎖裝置、邊界條件模擬裝置、應(yīng)變模擬裝置、頂部支撐架、船用聲學(xué)材料，邊界條件模擬裝置包括邊界液壓缸、連接邊界液壓缸的邊界連桿、夾具，應(yīng)變模擬裝置包括應(yīng)變液壓缸和連接應(yīng)變液壓缸的應(yīng)變連桿，應(yīng)變液壓缸固定在基座上，邊界液壓缸通過(guò)自鎖裝置安裝在基座上，頂部支撐架連接應(yīng)變連桿，船用聲學(xué)材料、邊界條件模擬裝置、頂部支撐架構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)，船用聲學(xué)材料構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)的上部，其余構(gòu)成夾持結(jié)構(gòu)的下部，被測(cè)試件置于夾持結(jié)構(gòu)上部和下部中間，由夾具固定。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，易于操作控制等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N3/10GK103048199SQ20131000931
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者龐福振, 李卓, 龐福濱, 姚熊亮, 金葉青, 徐偉, 陳林, 謝曉忠 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)