專利名稱：一種等強(qiáng)度懸臂梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種等強(qiáng)度懸臂梁，可以應(yīng)用于應(yīng)變測量系統(tǒng)的各種性能試驗(yàn)，主
要針對光纖光柵應(yīng)變傳感器與電阻應(yīng)變片的對比試驗(yàn)與各種環(huán)境試驗(yàn)，進(jìn)行傳感器性能與 粘接工藝研究以及相關(guān)的測試與校準(zhǔn)工作。屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，懸臂梁結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，除了應(yīng)變測量系統(tǒng)的試驗(yàn)，還 可以應(yīng)用在各種振動試驗(yàn)中，載荷形式也可以多種多樣。但是通常使用的懸臂梁基本都是 形狀規(guī)整的長方體結(jié)構(gòu)，在集中力載荷作用下，其軸向應(yīng)力在表面各處都不相等。這樣，被 測表面的應(yīng)變有可能在一個(gè)應(yīng)變敏感元件的長度內(nèi)出現(xiàn)不均勻分布，這會給應(yīng)變的測量帶 來一定影響。因此，作為專門用于應(yīng)變傳感器測量性能試驗(yàn)的裝置，應(yīng)該避免應(yīng)變不均勻分 布帶來的影響。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供一種等強(qiáng)度懸臂梁， 其目的是使懸臂梁的上表面或下表面的軸向應(yīng)力處處相等，可以避免應(yīng)變分布不均勻帶來 的影響，另外，梁體上表面的軸向應(yīng)變處處相等，也會給應(yīng)變敏感元件之間的對比試驗(yàn)帶來 很大方便，更能避免對比過程中由于應(yīng)變值的換算帶來的誤差。 本實(shí)用新型的目的是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的 該種等強(qiáng)度懸臂梁，包括方形支柱、懸臂梁主件固定段、懸臂梁主件工作段、懸臂 梁主件加載段、立式支撐肋板和固定壓塊，其中，懸臂梁主件固定段、懸臂梁主件工作段和 懸臂梁主件加載段由一塊等厚度板形成，其特征在于懸臂梁主件工作段和懸臂梁主件加 載段一體化板的形狀為等腰三角形，其頂點(diǎn)為懸臂梁主件加載段頂端的加載點(diǎn)，其兩等邊 形成懸臂梁主件工作段和懸臂梁主件加載段一體化板的側(cè)邊，其底邊在懸臂梁主件固定段 上，該等腰三角形的底角a為83. 16° 。 該種等強(qiáng)度懸臂梁是由一系列可更換的懸臂梁主體件與固定支座組成。根據(jù)材料 力學(xué)公式，矩形截面的懸臂梁在自由端承受橫向載荷F的作用時(shí)，在軸向任意橫截面x處， 上下表面的軸向拉伸應(yīng)力大小為
6x p =I7TF (1) 式中X，以懸臂梁自由端為原點(diǎn)，正向指向固定端的坐標(biāo)值； Om，懸臂梁軸向任意橫截面X處，上下表面軸向應(yīng)力的大?。?F，自由端橫向集中力載荷大??； b，懸臂梁軸向任意橫截面X處，梁的橫截面寬度； h，懸臂梁軸向任意橫截面x處，梁的橫截面厚度。 根據(jù)(1)式可以知道，如果梁的橫截面寬度b隨x成比例變化，那么在梁的橫截面厚度h與自由端載荷F不變的條件下，上下表面軸向應(yīng)力大小在軸向任意橫截面都是相 同的。因此，本技術(shù)方案通過對懸臂梁的幾何構(gòu)型的設(shè)計(jì)，在懸臂梁主體件的工作段，可以 保證梁體的上表面或下表面任意一點(diǎn)的軸向應(yīng)力或軸向應(yīng)變都相等，以滿足特殊的試驗(yàn)需 要。

圖1為本實(shí)用新型的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為圖1的仰視圖
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述 參見附圖1 2所示，該種等強(qiáng)度懸臂梁，包括方形支柱1、懸臂梁主件固定段2、
懸臂梁主件工作段3、懸臂梁主件加載段4、立式支撐肋板5和固定壓塊6，其中，方形支柱1
和立式支撐肋板5構(gòu)成固定支座部分，方形支柱1頂端橫截面比較寬，與懸臂梁主體件固定
段2接觸面積足夠大，可以保證懸臂梁主體件的固定段2有足夠的插入深度和接觸面積，可
以保證懸臂梁在固定端的邊界條件。懸臂梁主件固定段2與固定支座之間采用螺栓固定，
可以支持懸臂梁主體件的更換，為試驗(yàn)帶來方便。在主體件基本形狀不變的前提下，可以根
據(jù)需要改變其尺寸大小或材料。在多組貼片(光纖光柵或應(yīng)變片)的對比試驗(yàn)中，可以在
多個(gè)完全相同的懸臂梁主體件上提前預(yù)制各組貼片，然后在一次試驗(yàn)中，保持試驗(yàn)條件穩(wěn)
定不變，通過更換主體件來高效率的完成對比試驗(yàn)。 根據(jù)加載時(shí)支座底面的受力情況，立式支撐肋板5采用三角形設(shè)計(jì)，既可以減輕 結(jié)構(gòu)質(zhì)量，又能夠最大限度的保證承載情況下支柱與水平面的垂直。懸臂梁主件固定段2、 懸臂梁主件工作段3和懸臂梁主件加載段4由一塊等厚度板形成，其特征在于懸臂梁主件 工作段3為等腰梯形狀，底角a為83. 16° ，其兩邊的延長線的頂點(diǎn)為懸臂梁主件加載段4 頂端的加載點(diǎn)7，懸臂梁主件加載段4頂端的加載點(diǎn)7為平頭設(shè)計(jì)，施加集中力載荷的作用 點(diǎn)也就是平頭的中點(diǎn)位置，這樣既避免了在三角形頂點(diǎn)加載的不穩(wěn)定，又兼顧保證了工作 段上下表面應(yīng)力的等強(qiáng)度要求，載荷必須是垂直于XY面的集中力， 一般采用懸掛重物的方 式加載。懸臂梁主件加載段4為一長方形塊狀，保證了加載的穩(wěn)定性與加載位置的準(zhǔn)確性。 只要載荷形式不改變，懸臂梁主件工作段3的上下表面，即以Z軸為法線的表面各處的軸向 應(yīng)變都相同，因此，可以在工作段[3]表面較大范圍內(nèi)的任意位置沿著懸臂梁主體件的軸 向布置應(yīng)變傳感元件進(jìn)行各種性能試驗(yàn)與研究。 該等強(qiáng)度懸臂梁整體結(jié)構(gòu)關(guān)于x軸的對稱設(shè)計(jì)，保證了梁的平面彎曲變形，減小 翹曲變形引起的誤差。采用立式支撐肋板5代替?zhèn)鹘y(tǒng)試驗(yàn)室梁結(jié)構(gòu)中的臥式底板，可以為 懸臂梁懸掛重物加載留出較大的自由空間，可以保證梁主體件位置的水平。立式支撐肋板 5的三角形也是根據(jù)試驗(yàn)中實(shí)際載荷情況設(shè)計(jì)的，在自由端施加橫向集中力載荷時(shí)，立式支 撐肋板部分承受的彎矩也是越靠近固定端的方形支柱越大，因此三角形的立式支撐肋板可 以最大限度的抵抗支座彎曲變形，從而保證固定端方形支柱與水平面的垂直。另外，三角形 立式立式支撐肋板的設(shè)計(jì)既減輕了整體結(jié)構(gòu)的重量，也為懸掛重物加載留下了很大的自由 空間。[0020] 本實(shí)用新型裝置針對應(yīng)變傳感元件的試驗(yàn)對被測表面應(yīng)變均勻性的要求，設(shè)計(jì)出 應(yīng)變均勻分布的等強(qiáng)度懸臂梁，它可以為應(yīng)變傳感元件的工藝研究及相關(guān)的比對與校準(zhǔn)提 供實(shí)用可靠的試驗(yàn)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。另外，本實(shí)用新型具有 較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，如果能夠在應(yīng)變傳感研究的試驗(yàn)領(lǐng)域得到推廣使用，將會有效提高試驗(yàn) 數(shù)據(jù)的可靠性及試驗(yàn)效率，為應(yīng)變傳感技術(shù)的發(fā)展提供有力支持。
權(quán)利要求一種等強(qiáng)度懸臂梁，包括方形支柱(1)、懸臂梁主件固定段(2)、懸臂梁主件工作段(3)、懸臂梁主件加載段(4)、立式支撐肋板(5)和固定壓塊(6)，其中，懸臂梁主件固定段(2)、懸臂梁主件工作段(3)和懸臂梁主件加載段(4)由一塊等厚度板形成，其特征在于懸臂梁主件工作段(3)和懸臂梁主件加載段(4)一體化板的形狀為等腰三角形，其頂點(diǎn)為懸臂梁主件加載段(4)頂端的加載點(diǎn)(7)，其兩等邊形成懸臂梁主件工作段(3)和懸臂梁主件加載段(4)一體化板的側(cè)邊，其底邊在懸臂梁主件固定段(2)上，該等腰三角形的底角α為83.16°。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等強(qiáng)度懸臂梁，其特征在于懸臂梁主件加載段(4)和兩側(cè) 邊被加工呈平行，其頂端是平頭的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等強(qiáng)度懸臂梁，其特征在于立式支撐肋板(5)采用立式支 撐方式。
專利摘要本實(shí)用新型是一種等強(qiáng)度懸臂梁，包括方形支柱、懸臂梁主件固定段、懸臂梁主件工作段、懸臂梁主件加載段、立式支撐肋板和固定壓塊，其中，懸臂梁主件固定段、懸臂梁主件工作段和懸臂梁主件加載段由一塊等厚度板形成，其特征在于懸臂梁主件工作段和懸臂梁主件加載段一體化板的形狀為等腰三角形，其頂點(diǎn)為懸臂梁主件加載段頂端的加載點(diǎn)，其兩等邊形成懸臂梁主件工作段和懸臂梁主件加載段一體化板的側(cè)邊，其底邊在懸臂梁主件固定段上，該等腰三角形的底角α為83.16°，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。將會有效提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性及試驗(yàn)效率，為應(yīng)變傳感技術(shù)的發(fā)展提供有力支持。
文檔編號G01B11/16GK201488709SQ20092016681
公開日2010年5月26日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者劉永錄, 宋昊, 張力, 張立哲, 王宇, 陳璐 申請人:中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所