專利名稱：主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有主動(dòng)跟動(dòng)加載功能的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)。 背景技術(shù)：
大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)是一種用于測(cè)試結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的大型儀器，它的研制 和發(fā)展，對(duì)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中必須建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施比如超高建筑、地 鐵、機(jī)場(chǎng)、樓堂館所、大跨度橋梁、大型客機(jī)、航天飛機(jī)、巨型船舶、海洋 平臺(tái)、原子能電站等的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、優(yōu)化、驗(yàn)證具有里程碑式的意義。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)粗放型發(fā)展時(shí)期，上述各類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以類比法為主，無(wú)論 是設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)還是合理性都不是考慮的重點(diǎn)。這樣的設(shè)計(jì)方法在主要是用常 規(guī)材料和常規(guī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)類比法盡管會(huì)有較大的設(shè)計(jì)誤差，但因?yàn)?有前人的經(jīng)驗(yàn)和比較發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算技術(shù)，最終的結(jié)果還是可以接受 的。進(jìn)入二十一世紀(jì)，國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，各種新結(jié)構(gòu)、新材料層 出不窮，產(chǎn)品和工程大型化、整體化和復(fù)雜化的發(fā)展方向以及資源短缺引發(fā) 的各類矛盾，類比設(shè)計(jì)遇到了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)，新結(jié)構(gòu)和新材料的應(yīng)用導(dǎo)致 沒(méi)有類似的可以借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)，超大規(guī)模的工程設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)性和節(jié)約資源 減少成本的總體要求也對(duì)大型工程在設(shè)計(jì)階段的試驗(yàn)驗(yàn)證變得更為重要和必 不可少。而在設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中必須考慮的結(jié)構(gòu)在復(fù)雜外界條件下(負(fù)荷、 振動(dòng)、高低溫、腐蝕、風(fēng)化)的變形和斷裂強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)以及各種結(jié)構(gòu)整 體工作性能、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性性能等問(wèn)題的研究需要也日益突出。由于應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)試樣或小尺寸模型推定很難獲得整體結(jié)構(gòu)性能的完整可靠 的數(shù)據(jù)，為了滿足客觀存在的上述要求，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗(yàn)必須完成由過(guò)去的單 個(gè)構(gòu)件試驗(yàn)向整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和足尺寸試驗(yàn)的轉(zhuǎn)化。而對(duì)于復(fù)合材料組成的結(jié) 構(gòu)，甚至用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多參數(shù)分析也很難推定，為確保安全必須進(jìn)行接近實(shí)際結(jié)構(gòu)或全尺寸試驗(yàn)。同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、 自動(dòng)控制技術(shù)和液壓伺服技術(shù)的飛速發(fā)展為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供 了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)提供了有力的保障，促 進(jìn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。因此，世界上各國(guó)都在致力于大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)儀器的開發(fā)研究?，F(xiàn)有大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通常包括承載框架、水平加載作動(dòng)器、垂向加載 作動(dòng)器，水平加載作動(dòng)器和垂向加載作動(dòng)器分別安裝在加載框架上并作用于 試樣。試驗(yàn)過(guò)程中，如果被測(cè)試樣受到水平加載作動(dòng)器施加的水平試驗(yàn)力， 將會(huì)產(chǎn)生水平方向的變形，不能保證水平試驗(yàn)力在試驗(yàn)過(guò)程中始終保持水平 狀態(tài)；同樣，如果被測(cè)試樣受到垂向加載作動(dòng)器施加的垂向試驗(yàn)力，將會(huì)產(chǎn) 生垂向的變形，不能保證垂向試驗(yàn)力在試驗(yàn)過(guò)程中始終保持在垂直狀態(tài)，這 樣在結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生較大誤差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有主動(dòng)跟動(dòng)加載功能，可使 被測(cè)試樣不受水平和垂向變形影響的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)。所述主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括承載框架、水平加載作動(dòng)器、垂 向加載作動(dòng)器，水平加載作動(dòng)器和垂向加載作動(dòng)器分別安裝在加載框架上并 作用于試樣，所述試樣分別連接垂向微動(dòng)探測(cè)裝置和水平微動(dòng)探測(cè)裝置，垂 向微動(dòng)探測(cè)裝置設(shè)有垂向微動(dòng)位移傳感器，水平微動(dòng)探測(cè)裝置設(shè)有水平微動(dòng) 位移傳感器；所述水平加載作動(dòng)器側(cè)方設(shè)有作用于水平加載作動(dòng)器并使其垂 向位移的垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器，垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器設(shè)有垂向跟動(dòng)位移傳感 器；所述垂向加載作動(dòng)器側(cè)方設(shè)有作用于垂向加載作動(dòng)器并使其水平位移的 水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器，水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器設(shè)有水平跟動(dòng)位移傳感器；所述 垂向微動(dòng)探測(cè)裝置、垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器、水平微動(dòng)探測(cè)裝置、水平伺服跟 動(dòng)作動(dòng)器分別連接計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。進(jìn)一步，所述的水平微動(dòng)探測(cè)裝置位于垂向加載作動(dòng)器與試樣的作用端，水平微動(dòng)探測(cè)裝置通過(guò)垂向球鉸與試樣連接；所述的垂向微動(dòng)探測(cè)裝置位于 水平加載作動(dòng)器與試樣的作用端，垂向微動(dòng)探測(cè)裝置通過(guò)水平球鉸與試樣連接。進(jìn)一步，所述垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器設(shè)有垂向跟動(dòng)位移傳感器，所述水平 伺服跟動(dòng)作動(dòng)器設(shè)有水平跟動(dòng)位移傳感器。垂向跟動(dòng)位移傳感器的作用是保 證垂向跟動(dòng)控制始終處于閉環(huán)控制狀態(tài)，防止水平加載作動(dòng)器的被動(dòng)移動(dòng)。 水平跟動(dòng)位移傳感器的作用是保證水平跟動(dòng)控制始終處于閉環(huán)控制狀態(tài)，防 止垂向加載作動(dòng)器的被動(dòng)移動(dòng)。進(jìn)一步，所述垂向加載作動(dòng)器與承載框架的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌， 承載框架與水平直線導(dǎo)軌固定連接，垂向加載作動(dòng)器與水平直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連 接；所述水平加載作動(dòng)器與承載框架的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌，承載框架 與垂向直線導(dǎo)軌固定連接，水平加載作動(dòng)器與垂向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。上述水平直線導(dǎo)軌的作用是保證在受到最高達(dá)10000kN的垂向試驗(yàn)力時(shí)， 垂向加載作動(dòng)器與承載框架之間的摩擦力很小，水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器依然可 以自如地跟動(dòng)而不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。上述垂向直線導(dǎo)軌的作用是保證在受到最高達(dá)3000kN的垂向試驗(yàn)力時(shí)， 水平加載作動(dòng)器與承載框架之間的摩擦力很小，垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器依然可 以自如地跟動(dòng)而不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。本發(fā)明可以保證垂向加載作動(dòng)器施加在被測(cè)試樣上的垂向試驗(yàn)力在試驗(yàn) 過(guò)程中始終保持在垂直狀態(tài)，從而不受水平加載作動(dòng)器施加在試樣上的水平 試驗(yàn)力導(dǎo)致的被測(cè)試樣水平變形的影響；以及保證水平加載作動(dòng)器施加在被 測(cè)試樣上的水平試驗(yàn)力在試驗(yàn)過(guò)程中始終保持水平狀態(tài)，從而不受垂向加載 作動(dòng)器施加在試樣上的垂向試驗(yàn)力導(dǎo)致的被測(cè)試樣垂向變形的影響。

圖1為實(shí)施例所述主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作優(yōu)選地具體的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于此。參照?qǐng)Dl，一種主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括承載框架l、水平加載作動(dòng)器2、垂向加載作動(dòng)器3，水平加載作動(dòng)器2和垂向加載作動(dòng)器3分別安 裝在加載框架1上并作用于試樣4，所述試樣4分別連接垂向微動(dòng)探測(cè)裝置5 和水平微動(dòng)探測(cè)裝置6，垂向微動(dòng)探測(cè)裝置5設(shè)有垂向微動(dòng)位移傳感器7，水 平微動(dòng)探測(cè)裝置6設(shè)有水平微動(dòng)位移傳感器8;所述水平加載作動(dòng)器2側(cè)方設(shè) 有作用于水平加載作動(dòng)器2并使其垂向位移的垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器9，所述垂 向加載作動(dòng)器3側(cè)方設(shè)有作用于垂向加載作動(dòng)器3并使其水平位移的水平伺 服跟動(dòng)作動(dòng)器ll;所述垂向微動(dòng)探測(cè)裝置5、垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器9、水平微 動(dòng)探測(cè)裝置6、水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器11分別連接計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13。 所述的水平微動(dòng)探測(cè)裝置6位于垂向加載作動(dòng)器3與試樣4的作用端，水平 微動(dòng)探測(cè)裝置6通過(guò)垂向球鉸14與試樣4連接；所述的垂向微動(dòng)探測(cè)裝置5 位于水平加載作動(dòng)器2與試樣4的作用端，垂向微動(dòng)探測(cè)裝置5通過(guò)水平球 鉸15與試樣4連接。所述的垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器9設(shè)有垂向跟動(dòng)位移傳感器10， ^f述的水平伺服 跟動(dòng)作動(dòng)器11設(shè)有水平跟動(dòng)位移傳感器12。所述垂向加載作動(dòng)器3與承載框架1的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌16，承載框 架1與水平直線導(dǎo)軌16固定連接，垂向加載作動(dòng)器3與水平直線導(dǎo)軌16滑 動(dòng)連接；所述水平加載作動(dòng)器2與承載框架1的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌17， 承載框架1與垂向直線導(dǎo)軌17固定連接，水平加載作動(dòng)器2與垂向直線導(dǎo)軌17滑動(dòng)連接。試驗(yàn)過(guò)程中，如果被測(cè)試樣受到水平加載作動(dòng)器2施加的水平試驗(yàn)力FH， 產(chǎn)生水平方向的變形S2，水平微動(dòng)探測(cè)裝置6上的水平微動(dòng)位移傳感器8檢 測(cè)到試樣產(chǎn)生了水平位移S3(因?yàn)樗郊虞d作動(dòng)器與試樣之間存在連接間隙，所以，S2>S3)并傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13'，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13發(fā)出指令給 水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器ll，推動(dòng)垂向加載作動(dòng)器3沿水平方向跟動(dòng)，當(dāng)水平微 動(dòng)位移傳感器8檢測(cè)到的水平位移S3減小到設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)發(fā)出指令給水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器11停止作用。
如果被測(cè)試樣受到垂向加載作動(dòng)器3施加的垂向試驗(yàn)力Fv而產(chǎn)生垂直方 向的變形Sl，垂向微動(dòng)探測(cè)裝置5上的垂向微動(dòng)位移傳感器7檢測(cè)到試樣產(chǎn) 生了垂向位移S4 (因?yàn)樗郊虞d作動(dòng)器2與試樣4之間存在連接間隙，所以， S1〉S4)并傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)13發(fā)出指令給垂向伺 服跟動(dòng)作動(dòng)器9，推動(dòng)水平加載作動(dòng)器2沿垂直方向跟動(dòng)，當(dāng)垂向微動(dòng)位移傳 感器7檢測(cè)到的水平位移S4減小到設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11發(fā) 出指令給垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器9停止作用。
權(quán)利要求
1、一種主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括承載框架、水平加載作動(dòng)器、垂向加載作動(dòng)器，水平加載作動(dòng)器和垂向加載作動(dòng)器分別安裝在加載框架上并作用于試樣，其特征在于所述試樣分別連接垂向微動(dòng)探測(cè)裝置和水平微動(dòng)探測(cè)裝置，垂向微動(dòng)探測(cè)裝置設(shè)有垂向微動(dòng)位移傳感器，水平微動(dòng)探測(cè)裝置設(shè)有水平微動(dòng)位移傳感器；所述水平加載作動(dòng)器側(cè)方設(shè)有作用于水平加載作動(dòng)器并使其垂向位移的垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器，所述垂向加載作動(dòng)器側(cè)方設(shè)有作用于垂向加載作動(dòng)器并使其水平位移的水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器；所述垂向微動(dòng)探測(cè)裝置、垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器、水平微動(dòng)探測(cè)裝置、水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器分別連接計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的 水平微動(dòng)探測(cè)裝置位于垂向加載作動(dòng)器與試樣的作用端，水平微動(dòng)探測(cè)裝 置通過(guò)垂向球鉸與試樣連接；所述的垂向微動(dòng)探測(cè)裝置位于水平加載作動(dòng) 器與試樣的作用端，垂向微動(dòng)探測(cè)裝置通過(guò)水平球鉸與試樣連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所 述垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器設(shè)有垂向跟動(dòng)位移傳感器，所述水平伺服跟動(dòng)作動(dòng) 器設(shè)有水平跟動(dòng)位移傳感器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所 述垂向加載作動(dòng)器與承載框架的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌，承載框架與水 平直線導(dǎo)軌固定連接，垂向加載作動(dòng)器與水平直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接；所述水 平加載作動(dòng)器與承載框架的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌，承載框架與垂向直 線導(dǎo)軌固定連接，水平加載作動(dòng)器與垂向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述垂 向加載作動(dòng)器與承載框架的連接端設(shè)有水平直線導(dǎo)軌，承載框架與水平直 線導(dǎo)軌固定連接，垂向加載作動(dòng)器與水平直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接；所述水平加 載作動(dòng)器與承載框架的連接端設(shè)有垂向直線導(dǎo)軌，承載框架與垂向直線導(dǎo) 軌固定連接，水平加載作動(dòng)器與垂向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)跟動(dòng)加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括承載框架、水平加載作動(dòng)器、垂向加載作動(dòng)器，所述試樣分別連接垂向微動(dòng)探測(cè)裝置和水平微動(dòng)探測(cè)裝置；所述水平加載作動(dòng)器側(cè)方設(shè)有垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器，所述垂向加載作動(dòng)器側(cè)方設(shè)有水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器，所述垂向微動(dòng)探測(cè)裝置、垂向伺服跟動(dòng)作動(dòng)器、水平微動(dòng)探測(cè)裝置、水平伺服跟動(dòng)作動(dòng)器分別連接計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。本發(fā)明可以保證垂向試驗(yàn)力在試驗(yàn)過(guò)程中始終保持在垂直狀態(tài)，從而不受被測(cè)試樣水平變形的影響；以及保證水平試驗(yàn)力在試驗(yàn)過(guò)程中始終保持水平狀態(tài)，從而不受被測(cè)試樣垂向變形的影響。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101290269SQ20081006214
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者李建華, 王長(zhǎng)陶, 鐘綿新 申請(qǐng)人:杭州邦威機(jī)電控制工程有限公司