專利名稱：模型加載裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及力學分析實驗領域，特別地，涉及一種模型加載裝置。
背景技術：
光彈性應力凍結試驗中，傳統的模型加載裝置分為通用和專用兩種。通用的加載裝置最常用的是砝碼-杠桿式，可對模型做簡單拉伸、壓縮及彎曲等試驗，用于測量模型材料的主要性質，但通用的加載裝置難以完成復雜模型的多路加載任務。專用加載裝置是根據模型的具體形狀、尺寸及其受載情況專門設計的，因此具有較高的專用性，使用范圍受到很大約束。三向光彈性應力凍結試驗需要單獨設計、加工模型的加載裝置，既占用科研資金，又不利于提高試驗效率，而且應力凍結的加載裝置的結構復雜，需要多個裝置來實現相應的測試，試驗中占用較大的恒溫箱空間且試驗效率低。

發明內容
本發明目的在于提供一種占用空間小、結構簡單、使用方便、成本較低、能夠通過同一裝置實現多種載荷加載的多功能模型加載裝置。為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種模型加載裝置，包括安裝框架，包括固定連接的橫向支撐梁和縱向支撐梁；載荷施加裝置，設置在安裝框架上；元件定位裝置，設置在安裝框架上，并定位測試元件；載荷施加裝置包括定位桿安裝板、定位桿、扭轉盤和載荷生成機構；定位桿安裝板，設置在安裝框架頂部的橫向支撐梁上；定位桿，第一端安裝在定位桿安裝板上，定位桿沿軸向方向可上下移動；扭轉盤，可轉動地連接在定位桿的第二端，并傳遞載荷至測試元件；第一載荷生成機構，連接至扭轉盤，對扭轉盤施加拉力；第二載荷生成機構，連接至扭轉盤，對扭轉盤施加拉力，并與第一載荷生成機構所施加的拉力形成力偶或者與第一載荷生成機構所施加的拉力的方向相同。進一步地，第一載荷生成機構連接在扭轉盤一側；第二載荷生成機構連接在扭轉盤的另一側；第一載荷生成機構與第二載荷生成機構繞扭轉盤的中心軸線對稱設置，并對測試元件施加測試扭矩。進一步地，第一載荷生成機構連接在扭轉盤一側；第二載荷生成機構連接在扭轉盤的另一側；第一載荷生成機構與第二載荷生成機構位于扭轉盤的同一側的安裝框架上， 并對測試元件施加測試彎矩。進一步地，第一載荷生成機構包括第一定滑輪和繞設在第一定滑輪上的第一吊繩，第一吊繩的第一端設置有第一質量塊，第一吊繩的第二端連接至扭轉盤；第二載荷生成機構包括第二定滑輪和繞設在第二定滑輪上的第二吊繩，第二吊繩的第一端設置有第二質量塊，第二吊繩的第二端連接至扭轉盤。進一步地，第一載荷生成機構還包括第一定滑輪安裝梁，第一定滑輪安裝梁固定設置在安裝框架上，第一定滑輪固定設置在第一定滑輪安裝梁上；第二載荷生成機構還包括第二定滑輪安裝梁，第二定滑輪安裝梁固定設置在安裝框架上，第二定滑輪固定設置在第二定滑輪安裝梁上。進一步地，第一載荷生成機構還包括第一連接柱，第一連接柱沿扭轉盤的軸向方向穿設在扭轉盤上；第二載荷生成機構還包括第二連接柱，第二連接柱沿扭轉盤的軸向方向穿設在扭轉盤上；第一吊繩的第二端包括有連接至第一連接柱的第一端的第一接頭，和連接至第一連接柱的第二端的第二接頭；第二吊繩的第二端包括有連接至第二連接柱的第一端的第三接頭，和連接至第二連接柱的第二端的第四接頭。進一步地，扭轉盤上包括多個沿軸向貫通扭轉盤的安裝孔，第一連接柱和第二連接柱可選擇地安裝在任意兩個沿扭轉盤的軸心對稱的安裝孔內。進一步地，第一定滑輪安裝梁和第二定滑輪安裝梁沿縱向支撐梁的長度方向位置是可調的。進一步地，橫向支撐梁和縱向支撐梁上設置有多個安裝孔。進一步地，元件定位裝置包括定位支撐板以及設置在定位支撐板上的定位件，定位件沿定位支撐板的長度方向位置是可調的，測試元件M固定設置在定位件32上。本發明具有以下有益效果1.模型加載裝置包括載荷施加裝置，載荷施加裝置包括載荷生成機構和扭轉盤， 扭轉盤傳遞載荷至測試元件，載荷生成機構具有對扭轉盤施加扭矩的第一工作狀態和對扭轉盤施加彎矩的第二工作狀態。本裝置通過一套載荷生成機構可以實現扭矩加載和彎矩加載，無需提供額外的載荷生成機構，因此能夠有效節省資金，降低成本。本裝置切換載荷施加狀態快捷方便，且定位桿可上下移動，能夠適用于多種測試元件的扭矩和彎矩測試，使用方便，操作簡單，有效提高工作效率。2.第一載荷生成機構和第二載荷生成機構繞扭轉盤的軸線轉軸對稱設置，并形成力偶，能夠為加載裝置提供穩定而且純粹的扭矩作用力，測試更加準確可靠。3.本模型加載裝置的載荷添加通過質量塊來實現，能夠對載荷的添加進行控制， 獲得所需的測試狀態，并能夠在實驗同時進行測量數據標定，一舉多得。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。 下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。


構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發明的第一實施例的模型加載裝置的立體結構示意圖；以及圖2是根據本發明的第二實施例的模型加載裝置的立體結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。如圖1所示，根據本發明的第一實施例，模型加載裝置包括安裝框架10、載荷施加裝置20以及元件定位裝置30。其中，載荷施加裝置20和元件定位裝置30設置在安裝框架 10上。安裝框架10包括固定連接在橫向支撐梁11和縱向支撐梁12。橫向支撐梁11和縱向支撐梁12上可以設置多個安裝孔，以便對載荷施加裝置20和元件定位裝置30的安裝位置進行調整，使其與測試元件M的形狀相適應，以滿足測試元件M的安裝要求。載荷施加裝置包括定位桿安裝板21、定位桿22、扭轉盤23、第一載荷生成機構25 和第二載荷生成機構26。其中定位桿安裝板21設置在安裝框架10頂部的橫向支撐梁11 上，定位桿22的第一端安裝在定位桿安裝板21上，扭轉盤23安裝在定位桿22的第二端， 第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈連接在扭轉盤23上，并分別對扭轉盤23施加拉力。測試元件M安裝在扭轉盤23和元件定位裝置30之間，第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構26通過位置的調整，對扭轉盤23的拉力分別可以形成力偶或者同向作用力，并具有對扭轉盤23施加扭矩的第一工作狀態和對扭轉盤23施加彎矩的第二工作狀態。定位桿安裝板21的兩端分別設置在安裝框架10頂部的兩個相對設置的橫向支撐梁11上，端部設置有長槽，使定位桿安裝板21在安裝過程中可以沿長度方向進行調整。在調整完成后，安裝螺栓將定位桿安裝板21固定設置在橫向支撐梁11上。定位桿安裝板21 的中間位置豎向設置有導向孔，定位桿22穿過該導向孔，并可沿導向孔上下移動。定位桿22的第一端與定位桿安裝板21配合，其上設置螺母，使其不能向下運動而保證定位桿22及扭轉盤23的重力不施加到測試元件對。當第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈進行彎矩的加載動作時，定位桿22可以繞第一端與安裝板21的節點自由轉動較小角度，保證沒有額外的作用力施加到測試元件M。定位桿22的第二端與扭轉盤 23固定連接，其連接方式可以為螺紋連接，也可以為焊接。在定位桿22的第一端的端部設置有操作平面，便于擰動定位桿22，以保證其與扭轉盤23等的連接關系。扭轉盤23可轉動地連接在定位桿22的第二端，并能夠將第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構26所施加的載荷傳遞至測試元件24。扭轉盤23的上端部具有與定位桿 22配合的結構，下端部具有安裝測試元件M的結構，該結構不會造成測試元件M上下運動的約束。扭轉盤23可以進行更換，以便能夠滿足多種不同測試元件M的測試需要。扭轉盤23上設置有多個沿軸向貫通扭轉盤23的安裝孔，多個安裝孔繞扭轉盤23的中心軸線對稱分布，以方便將第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈連接在扭轉盤23上，并便于通過改變調整第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈在扭轉盤23上的連接位置對扭矩或者彎矩進行調整。第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈繞扭轉盤23的中心軸線對稱設置， 并形成力偶。第一載荷生成機構25連接在扭轉盤23的一側，并對扭轉盤23施加扭矩；第二載荷生成機構26連接在扭轉盤23的另一側，并對扭轉盤23施加與第一載荷生成機構25 的扭矩大小、方向相同的扭矩。第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈可以為成對設置的伸縮油缸，或者其它的旋轉控制機構。在本實施例中，第一載荷生成機構25包括第一定滑輪安裝梁254、固定設置在第一定滑輪安裝梁2M上的第一定滑輪251、以及繞設在第一定滑輪251上的第一吊繩252。 第一定滑輪安裝梁2M橫向設置在位于扭轉盤23 —側的安裝框架10的兩個相鄰的縱向支撐梁12之間，并通過螺栓進行固定。第一定滑輪安裝梁2M沿縱向支撐梁12的長度方向位置可調，能夠適用于不同高度不同位置的測試元件M的測試。第一定滑輪安裝梁254的兩端設置有長槽孔，安裝螺栓在長槽孔內可移動，能夠使第一定滑輪安裝梁2M沿橫向方向進行位置調整。第一定滑輪251可轉動地設置在第一定滑輪安裝梁254的外側。在第一定滑輪 251和第一定滑輪安裝梁2M之間還可以設置第一定滑輪安裝座255，第一定滑輪安裝座 255通過螺栓固定設置在第一定滑輪安裝梁2M上，第一定滑輪251固定設置在第一定滑輪安裝座255上。第一定滑輪安裝梁2M上沿長度方向設置有多個安裝孔，第一定滑輪安裝座255能夠在第一定滑輪安裝梁254的長度方向上進行位置調整。第一定滑輪安裝座255 的存在，使得第一定滑輪251與第一定滑輪安裝梁2M之間分開設置，更加便于第一定滑輪 251的定位、安裝、更換和維修，而無需拆除第一定滑輪安裝梁254。第一吊繩252的第一端通過第一定滑輪251延伸至安裝框架10外，端部設置有第一質量塊253。第一質量塊253為具有明確質量標定的質量塊，便于在測試過程中對測試數據進行標定。第一吊繩252的第二端連接至扭轉盤23。在本實施例中，扭轉盤23的其中一個安裝孔內設置有第一連接柱256，第一連接柱256沿軸向方向穿設在扭轉盤23上，且兩端端頭高出扭轉盤23的盤面。第一吊繩252的第二端為人字形開叉結構，包括有連接至第一連接柱256的第一端的第一接頭257，和連接至第一連接柱256的第二端的第二接頭258。 人字形開叉結構使第一吊繩252的第二端不會與扭轉盤23發生干涉，第一載荷生成機構25 能夠為扭轉盤23提供更純粹的扭轉力，保證測量的準確性。第二載荷生成機構沈包括第二定滑輪安裝梁沈4、固定設置在第二定滑輪安裝梁 264上的第二定滑輪沈1、以及繞設在第二定滑輪261上的第二吊繩沈2。第二定滑輪安裝梁264橫向設置在位于第二定滑輪安裝梁264所在位置的相對側的安裝框架10的兩個相鄰的縱向支撐梁12之間，并通過螺栓進行固定。第二定滑輪安裝梁264沿縱向支撐梁12 的長度方向位置可調，能夠適用于不同高度不同位置的測試元件M的測試。第二定滑輪安裝梁沈4的兩端設置有長槽孔，安裝螺栓在長槽孔內可移動，能夠使第二定滑輪安裝梁264 沿橫向方向進行位置調整。第二定滑輪261可轉動地設置在第二定滑輪安裝梁沈4的外側。在第二定滑輪 261和第二定滑輪安裝梁264之間還可以設置第二定滑輪安裝座沈6，第二定滑輪安裝座 266通過螺栓固定設置在第二定滑輪安裝梁264上，第二定滑輪261固定設置在第二定滑輪安裝座266上。第二定滑輪安裝梁264上沿長度方向設置有多個安裝孔，第二定滑輪安裝座沈6能夠在第二定滑輪安裝梁沈4的長度方向上進行位置調整。第二定滑輪安裝座266 的存在，使得第二定滑輪261與第二定滑輪安裝梁264之間分開設置，更加便于第二定滑輪 261的定位、安裝、更換和維修，而無需拆除第二定滑輪安裝梁沈4。第二吊繩沈2的第一端通過第二定滑輪261延伸至安裝框架10外，端部設置有第二質量塊263。第二質量塊263為具有明確質量標定的質量塊，便于在測試過程中對測試數據進行標定。第二吊繩262的第二端連接至扭轉盤23。在本實施例中，扭轉盤23的其中二個安裝孔內設置有第二連接柱266，第二連接柱266沿軸向方向穿設在扭轉盤23上，且兩端端頭高出扭轉盤23的盤面。第二吊繩沈2的第二端為人字形開叉結構，包括有連接至第二連接柱266的第一端的第三接頭沈7，和連接至第二連接柱沈6的第二端的第四接頭沈8。 人字形開叉結構使第二吊繩262的第二端不會與扭轉盤23發生干涉，第二載荷生成機構沈能夠為扭轉盤23提供更純粹的扭轉力，保證測量的準確性。第一載荷生成機構25與第二載荷生成機構沈之間形成力偶，而且通過吊繩的人字形開叉結構連接至設置在扭轉盤23上的第一連接柱256與第二連接柱沈6，使得扭轉盤 23所受到的拉力更加平衡，能夠產生穩定的扭轉作用力，獲得更加準確的實驗效果。元件定位裝置30包括定位支撐板31以及設置在定位支撐板31上的定位件32。 定位支撐板31通過螺栓固定設置在元件定位裝置30的底部的橫向支撐梁11上，且可以在橫向支撐梁11上調整安裝位置。定位支撐板31的安裝位置處還可以設置長槽，便于在安裝過程中對定位支撐板31的長度方向的安裝位置進行調整。定位件32具有定位測試元件 24的結構，能夠防止測試元件M的固定端在扭矩測試的過程中發生轉動，或者在彎矩測試的過程中發生晃動，保證測試的準確性。第一載荷生成機構25和第二載荷生成機構沈也可以通過活塞裝置或者其它的拉力施加裝置來實現對扭轉盤23施加力偶或者同向作用力的功能。結合參見圖2，根據本發明的第二實施例的模型加載裝置，其與第一實施例中的不同之處在于，第一載荷生成機構25與第二載荷生成機構沈設置在扭轉盤的同一側的安裝框架10上，且共用同一個定滑輪安裝梁，即第一定滑輪安裝梁254。第一載荷生成機構25 和第二載荷生成機構26設置在同一側的安裝框架10上，在扭轉盤23上的連接位置分別位于扭轉盤23的轉軸中心的兩側，并相互對稱，以便為扭轉盤提供大小相等、方向相同的拉力作用，使扭轉盤23將受到的拉力傳遞至測試元件M，使測試元件M受到彎矩，從而對測試元件M進行彎矩的測試。從上述實施例中可以得知，根據本發明的模型加載裝置，包括載荷施加裝置，載荷施加裝置包括載荷生成機構和扭轉盤，扭轉盤傳遞載荷至測試元件，載荷生成機構具有對扭轉盤施加扭矩的第一工作狀態和對扭轉盤施加彎矩的第二工作狀態。本裝置通過一套載荷生成機構可以實現扭矩加載和彎矩加載，無需提供額外的載荷生成機構，因此能夠有效節省資金，降低成本。本裝置切換載荷施加狀態快捷方便，且定位桿可上下移動，能夠適用于多種測試元件的扭矩和彎矩測試，使用方便，操作簡單，有效提高工作效率。第一載荷生成機構和第二載荷生成機構繞扭轉盤的軸線轉軸對稱設置，并形成力偶，能夠為加載裝置提供穩定而且純粹的扭矩作用力，測試更加準確可靠。本模型加載裝置的載荷添加通過質量塊來實現，能夠對載荷的添加進行控制，獲得所需的測試狀態，并能夠在實驗同時進行測量數據標定，一舉多得。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種模型加載裝置，其特征在于，包括安裝框架(10)，包括固定連接的橫向支撐梁(11)和縱向支撐梁(12)；載荷施加裝置(20)，設置在所述安裝框架(10)上；元件定位裝置(30)，設置在所述安裝框架(10)上，并定位測試元件04)；所述載荷施加裝置00)包括定位桿安裝板、定位桿0 、扭轉盤和載荷生成機構(25)；所述定位桿安裝板設置在所述安裝框架(10)頂部的所述橫向支撐梁(11)上；所述定位桿0 的第一端安裝在所述定位桿安裝板上，所述定位桿0 沿軸向方向可上下移動；所述扭轉盤可轉動地連接在所述定位桿0 的第二端，并傳遞載荷至所述測試元件(24)；第一載荷生成機構(25)，連接至所述扭轉盤(23)，對所述扭轉盤施加拉力；第二載荷生成機構(26)，連接至所述扭轉盤(23)，對所述扭轉盤施加拉力，并與所述第一載荷生成機構0 所施加的拉力形成力偶或者與所述第一載荷生成機構05)所施加的拉力的方向相同。
2.根據權利要求1所述的模型加載裝置，其特征在于，所述第一載荷生成機構05)連接在所述扭轉盤—側，所述第二載荷生成機構06)連接在所述扭轉盤的另一側，所述第一載荷生成機構0 與所述第二載荷生成機構06)繞所述扭轉盤的中心軸線對稱設置，并對所述測試元件04)施加測試扭矩。
3.根據權利要求1所述的模型加載裝置，其特征在于，所述第一載荷生成機構05)連接在所述扭轉盤—側，所述第二載荷生成機構06)連接在所述扭轉盤的另一側，所述第一載荷生成機構0 與所述第二載荷生成機構06)位于所述扭轉盤的同一側的所述安裝框架(10)上，并對所述測試元件04)施加測試彎矩。
4.根據權利要求2或3所述的模型加載裝置，其特征在于，所述第一載荷生成機構0 包括第一定滑輪051)和繞設在所述第一定滑輪(251) 上的第一吊繩052)，所述第一吊繩052)的第一端設置有第一質量塊053)，所述第一吊繩052)的第二端連接至所述扭轉盤03)；所述第二載荷生成機構06)包括第二定滑輪061)和繞設在所述第二定滑輪061) 上的第二吊繩062)，所述第二吊繩062)的第一端設置有第二質量塊063)，所述第二吊繩062)的第二端連接至所述扭轉盤03)。
5.根據權利要求4所述的模型加載裝置，其特征在于，所述第一載荷生成機構0 還包括第一定滑輪安裝梁0 )，所述第一定滑輪安裝梁 (254)固定設置在所述安裝框架(10)上，所述第一定滑輪051)固定設置在所述第一定滑輪安裝梁(254)上；所述第二載荷生成機構06)還包括第二定滑輪安裝梁064)，所述第二定滑輪安裝梁 (264)固定設置在所述安裝框架(10)上，所述第二定滑輪061)固定設置在所述第二定滑輪安裝梁(264)上。
6.根據權利要求5所述的模型加載裝置，其特征在于，所述第一載荷生成機構0 還包括第一連接柱056)，所述第一連接柱(256)沿所述扭轉盤的軸向方向穿設在所述扭轉盤上；所述第二載荷生成機構06)還包括第二連接柱066)，所述第二連接柱(沈6)沿所述扭轉盤的軸向方向穿設在所述扭轉盤上；所述第一吊繩(25 的第二端包括有連接至所述第一連接柱(256)的第一端的第一接頭057)、和連接至所述第一連接柱056)的第二端的第二接頭058)；所述第二吊繩(26 的第二端包括有連接至所述第二連接柱(沈6)的第一端的第三接頭067)、和連接至所述第二連接柱066)的第二端的第四接頭068)。
7.根據權利要求6所述的模型加載裝置，其特征在于，所述扭轉盤上包括多個沿軸向貫通所述扭轉盤的安裝孔，所述第一連接柱(256)和所述第二連接柱066)可選擇地安裝在任意兩個沿所述扭轉盤的軸心對稱的所述安裝孔內。
8.根據權利要求5所述的模型加載裝置，其特征在于，所述第一定滑輪安裝梁(254)和所述第二定滑輪安裝梁(264)沿所述縱向支撐梁(12)的長度方向的位置是可調的。
9.根據權利要求1所述的模型加載裝置，其特征在于，所述橫向支撐梁(11)和所述縱向支撐梁(1 上設置有多個安裝孔。
10.根據權利要求1所述的模型加載裝置，其特征在于，所述元件定位裝置(30)包括定位支撐板(31)以及設置在所述定位支撐板(31)上的定位件(32)，所述定位件(3 沿所述定位支撐板(31)的長度方向的位置是可調的，所述測試元件04)固定設置在所述定位件 (32)上。
全文摘要
本發明提供了一種模型加載裝置。該模型加載裝置包括安裝框架(10)；載荷施加裝置(20)；元件定位裝置(30)；載荷施加裝置(20)包括定位桿安裝板(21)；定位桿(22)；扭轉盤(23)，可轉動地連接在定位桿(22)第二端的測試元件(24)；第一載荷生成機構(25)，連接至扭轉盤(23)，對扭轉盤(23)施加拉力；第二載荷生成機構(26)，連接至扭轉盤(23)，對扭轉盤(23)施加拉力，并與第一載荷生成機構(25)所施加的拉力形成力偶或者形成同向作用力。根據本發明的模型加載裝置，占用空間小、結構簡單、使用方便、成本較低、能夠通過同一裝置實現多種載荷加載。
文檔編號G01N3/22GK102401764SQ20111036587
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者劉飛春, 徐華, 文華, 郭天才 申請人:中國航空動力機械研究所