專利名稱：可變剛度模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域中的一種物體模擬器，尤其涉及碰撞試驗(yàn)中一種剛度可調(diào)的物體模擬器。
背景技術(shù)：
力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域中的運(yùn)動(dòng)物體碰撞試驗(yàn)主要是考核試件的抗撞擊能力，并從試驗(yàn)中獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為試件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。試件的抗撞擊能力，是指試件受撞擊后不破壞的能力，而影響試件抗撞擊能力的因素有兩點(diǎn)，包括試件的剛度，以及與試件發(fā)生碰撞的物體的剛度。其中，剛度系指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形的能力，用產(chǎn)生單位應(yīng)變所需要的力或力矩來量度。目前的碰撞試驗(yàn)往往采取兩種方法一、直接用真實(shí)環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)；二、采用等剛度模擬的方法進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于小型試件，往往采用第一種方法，也就是直接將試件置于其實(shí)際工況中進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，直接測(cè)取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這種方法直接，易操作，可重復(fù)多次試驗(yàn)，成本不會(huì)太高，占地面積小，環(huán)境因素的影響不明顯。由于碰撞試驗(yàn)大多是破壞性試驗(yàn)，所以，對(duì)于大型試件，其碰撞試驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性，且不可重復(fù)，成本高，不便于多次試驗(yàn)，往往采用第二種方法，也就是采用等剛度模擬的方法進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。等剛度模擬法是用一個(gè)特制的構(gòu)件代替某個(gè)物體或某部件完成碰撞試驗(yàn)，此構(gòu)件的剛度須與被代替物的剛度等效。目前，等剛度模擬體都是根據(jù)試件比例或原尺寸特殊定制的，不同的試件剛度需要定制不同的模擬體，不僅，制造較麻煩，而且一旦損毀， 不可修復(fù)，成本相對(duì)較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種剛度可調(diào)的模擬器，其能以最小的制造和使用成本使得碰撞試驗(yàn)過程可控，可靠性更高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種可調(diào)剛度模擬器，包括雙腔缸體、三聯(lián)活塞、單腔缸體、受撞活塞，受撞塊和支架； 所述雙腔缸體與單腔缸體均與支架固定連接，所述支架固定安裝在工作面上；
所述三聯(lián)活塞包括依次設(shè)于活塞桿上的第一活塞體、第二活塞體和第三活塞體，所述雙腔缸體具有第一工作腔和第二工作腔，所述單腔缸體具有第三工作腔；
所述第一活塞體和第二活塞體分別與第一工作腔和第二工作腔配合，所述第三活塞體和受撞活塞分別與第三工作腔內(nèi)的不同區(qū)域緊密配合，所述受撞塊設(shè)于單腔缸體之外，并與受撞活塞連接，
所述第一、第二、第三工作腔上分別開設(shè)用于注入工作介質(zhì)的第一通口、第二通口和第三通口。優(yōu)選的，所述雙缸腔體包括沿軸向依次設(shè)置的第一部分和第二部分，且第一部分的內(nèi)徑小于第二部分，所述第一部分和第二部分分別與第一活塞體和第二活塞體配合。尤為優(yōu)選的，所述雙缸腔體的第二部分與第一部分之間過渡區(qū)域具有錐形截面， 該錐形截面的內(nèi)徑沿遠(yuǎn)離第一部分的方向逐漸增大，并與第二活塞體一端部的錐形結(jié)構(gòu)配
合 O優(yōu)選的，所述單杠腔體包括沿軸向依次設(shè)置的第三部分和第四部分，且第三部分的內(nèi)徑大于第四部分，所述第三部分和第四部分分別與第三活塞體和受撞活塞配合。尤為優(yōu)選的，所述單杠腔體的第三部分與第四部分之間過渡區(qū)域具有錐形截面， 該錐形截面的內(nèi)徑沿遠(yuǎn)離第一部分的方向逐漸減小，并與第三活塞體一端部的錐形結(jié)構(gòu)配
合ο所述雙腔缸體一端與安裝面固定連接，另一端與支架固定連接，所述支架固定設(shè)置于安裝面上。所述雙腔缸體、單腔缸體與支架同軸設(shè)置。所述雙腔缸體一端經(jīng)螺紋連接機(jī)構(gòu)與安裝面連接，所述支架一側(cè)部與安裝面固定連接。所述支架兩端開設(shè)有分別與雙腔缸體和單腔缸體配合的止口。本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，先將雙腔缸體和支架采用螺紋連接機(jī)構(gòu)等固定在安裝面上，將工作介質(zhì)通過注入第一工作腔中，將三聯(lián)活塞推向受撞活塞，直到第三活塞體的錐面與單腔缸體的過渡錐面接觸，再分別向相應(yīng)的第二、第三工作腔中注入工作介質(zhì)，并調(diào)節(jié)三個(gè)工作腔中工作介質(zhì)的總剛度達(dá)到模擬值，使三聯(lián)活塞和受撞活塞在三個(gè)工作腔的壓力下達(dá)到平衡。當(dāng)受撞塊受到撞擊后，受撞塊和受撞活塞在撞擊力作用下向第一活塞體移動(dòng)，壓縮工作腔內(nèi)的工作介質(zhì)，三聯(lián)活塞的第三活塞體在腔內(nèi)壓力作用下向第一工作腔移動(dòng)，第三工作腔的壓力下降，三聯(lián)活塞的第一活塞體壓第一工作腔中的工作介質(zhì)，同時(shí)，第一活塞體受到一個(gè)大小相等方向相反的反作用力。當(dāng)?shù)谝还ぷ髑恢械膲毫υ龃蟮揭欢ㄖ?，三?lián)活塞停止運(yùn)動(dòng)，并在此壓力作用下向第三工作腔運(yùn)動(dòng)，達(dá)到平衡。本發(fā)明中，通過分別調(diào)節(jié)三個(gè)工作腔的壓力，可獲得不同的模擬剛度，以滿足不同模擬體的剛度需要。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過調(diào)節(jié)工作介質(zhì)的壓力模擬不同物體的剛度進(jìn)行模擬，解決了傳統(tǒng)大型試件碰撞試驗(yàn)重復(fù)性差、占地面積大、環(huán)境因素影響明顯、 試驗(yàn)數(shù)據(jù)難于控制、數(shù)據(jù)離散性大、試驗(yàn)成本高的問題，同時(shí)，藉此設(shè)計(jì)形成的可調(diào)剛度模擬器模擬量程廣，重復(fù)性好，精度高，可控性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。


圖I是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖I所示本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用狀態(tài)示意圖之一；
圖3是圖I所示本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用狀態(tài)示意圖之二；
圖4是圖I所示本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用狀態(tài)示意圖之三；
圖中各附圖標(biāo)記及其所指示的部件分別為1_雙腔缸體、2-三聯(lián)活塞、3-單腔缸體、 4-受撞活塞、5-受撞塊、6-支架、7-大質(zhì)量底座、8-管道、9-工作介質(zhì)、10-調(diào)壓閥、11-壓力表、12-提升裝置、13-錘體、14-制動(dòng)裝置、15-傳感器、16-導(dǎo)柱、17-靜止墻、18-試件、 19-滑行面、20-提升機(jī)構(gòu)、21-水平安裝面、22-受撞體。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及一優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。參閱圖1，本優(yōu)選實(shí)施例涉及的可調(diào)剛度模擬器包括雙腔缸體I、三聯(lián)活塞2、單腔缸體3、受撞活塞4，受撞塊4和支架6，該三聯(lián)活塞2由活塞體2a、活塞體2b、活塞體2c和活塞桿2d組成，該雙腔缸體I有兩個(gè)工作腔分別為QA和QB，該單腔缸體3有一個(gè)工作腔 QC，三個(gè)工作腔分別開有I-a、I-b、I-c三個(gè)通口，可通過管道與工作介質(zhì)相通。該雙腔缸體 I和支架6可通過螺紋固定在安裝面上，且該雙腔缸體I和單腔缸體3同時(shí)與支架6配合， 并通過螺紋與支架6固定，該三聯(lián)活塞2的活塞體2a和活塞體2b分別與雙腔缸體I的不同截面配合，活塞體2c和受撞活塞4分別與單腔缸體3的不同截面配合，受撞塊5置于單腔缸體3外并與受撞活塞4相連。參閱圖2，利用可調(diào)剛度模擬器作為波形發(fā)生器進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，可通過剛度調(diào)節(jié)得到各種波形。將可調(diào)剛度模擬器通過雙腔缸體I上的通孔用螺釘固定在垂直沖擊試驗(yàn)臺(tái)的大質(zhì)量底座7上，可調(diào)剛度模擬器的三個(gè)通口分別通過壓力表11、調(diào)壓閥10、管道8與工作介質(zhì)9相連。垂直沖擊試驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)，先向可調(diào)剛度模擬器的三個(gè)工作腔中注入工作介質(zhì)，并調(diào)節(jié)三個(gè)工作腔的壓力，使三個(gè)工作腔內(nèi)工作介質(zhì)的總剛度等于沖擊波形所需的剛度，并使得三聯(lián)活塞2和受撞活塞4處于平衡，提升裝置12將垂直沖擊試驗(yàn)臺(tái)的工作臺(tái)面 13沿導(dǎo)柱16提升到設(shè)定高度，啟動(dòng)制動(dòng)裝置14，使工作臺(tái)面13停留在設(shè)定高度，待提升裝置12復(fù)位完成后釋放制動(dòng)裝置14，工作臺(tái)面13在重力作用下沿導(dǎo)柱16向下跌落，沖擊安裝在大質(zhì)量底座7上的可調(diào)剛度模擬器的受撞塊5，使得與受撞塊5相連的受撞活塞4壓縮工作腔QC，迫使三聯(lián)活塞2向工作腔QA運(yùn)動(dòng)，壓縮工作腔QA，使工作腔QA中的壓力增大， 當(dāng)三聯(lián)活塞2運(yùn)動(dòng)到一定位置，活塞體2b端部的錐面與雙腔缸體I的過渡錐面配合，三聯(lián)活塞2不再繼續(xù)壓縮工作腔QA，同時(shí)，在工作腔QA壓力的作用下，三聯(lián)活塞2向工作腔QC 運(yùn)動(dòng)，并最終達(dá)到平衡。在此過程中，工作臺(tái)面上安裝的傳感器15采集沖擊試驗(yàn)過程中的波形信號(hào)并反饋到測(cè)量系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)模擬器的剛度，可得到任意波形。參閱附圖3，本應(yīng)用實(shí)施例是利用可調(diào)剛度模擬器代替與試件發(fā)生碰撞的物體，即受撞體，進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，測(cè)取試件在碰撞過程中的特性參數(shù)。將可調(diào)剛度模擬器安裝在靜止墻17上，試件18放置在水平安裝面21上，模擬器調(diào)節(jié)方法與實(shí)施例I相同，調(diào)好后，提升機(jī)構(gòu)20將水平安裝面21提升一定角度，與滑行面19相接，試件18沿斜面滑下，與安裝在靜止墻17上的模擬體碰撞，通過安裝在試件18上的傳感器15采集試件18在碰撞過程中的特性參量并反饋到測(cè)量分析系統(tǒng)，完成一次碰撞試驗(yàn)。調(diào)節(jié)模擬器的剛度可模擬不同剛度受撞體與試件碰撞，分析不同剛度的受撞體對(duì)試件的作用，可進(jìn)行多次試驗(yàn)，得到大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)。參閱圖4，還可利用可調(diào)剛度模擬器代替試件的某組件進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，在被代替組件不同剛度條件下，測(cè)取試件的碰撞特性參數(shù)，為試件選擇最優(yōu)組件提供數(shù)據(jù)支持。將與試件發(fā)生碰撞的物體，即受撞體22安裝在靜止墻17上，可調(diào)剛度模擬器安裝在試件18上，模擬器調(diào)節(jié)方法與實(shí)施例一相同，調(diào)好后，提升機(jī)構(gòu)20將水平安裝面21提升一定角度，與滑行面19相接，試件18沿斜面滑下，安裝在試件18上的模擬器與安裝在靜止墻17上的受撞體碰撞，通過安裝在試件18上的傳感器15采集試件18在碰撞過程中的特性參量并反饋到測(cè)量分析系統(tǒng)，完成一次碰撞試驗(yàn)。調(diào)節(jié)模擬器的剛度，可模擬不同剛度的結(jié)構(gòu)對(duì)試件產(chǎn)生的作用，可進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，得到大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在可調(diào)剛度模擬器工作過程中，雙腔缸體I和單腔缸體3內(nèi)設(shè)置的過渡錐面為保護(hù)三聯(lián)活塞2和受撞活塞4起著重要的作用。以上較佳實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，所作出各種變換或變型，均屬于本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，它包括雙腔缸體(I)、三聯(lián)活塞(2)、單腔缸體(3)、受撞活塞(4)，受撞塊(5)和支架(6)；所述雙腔缸體(I)與單腔缸體(3 )均與支架(6 )固定連接，所述支架(6 )固定安裝在工作面上；所述三聯(lián)活塞(2)包括依次設(shè)于活塞桿(2d)上的第一活塞體(2a)、第二活塞體(2b) 和第三活塞體(2c)，所述雙腔缸體(I)具有第一工作腔(QA)和第二工作腔(QB)，所述單腔缸體(3)具有第三工作腔(QC)；所述第一活塞體(2a)和第二活塞體(2b)分別與第一工作腔(QA)和第二工作腔(QB) 配合，所述第三活塞體(2c)和受撞活塞(4)分別與第三工作腔(QC)內(nèi)的不同區(qū)域緊密配合，所述受撞塊(5)設(shè)于單腔缸體(3)之外，并與受撞活塞(4)連接，所述第一、第二、第三工作腔上分別開設(shè)用于注入工作介質(zhì)的第一通口(la)、第二通口 (Ib)和第三通口(Ic)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述雙缸腔體(I)包括沿軸向依次設(shè)置的第一部分和第二部分，且第一部分的內(nèi)徑小于第二部分，所述第一部分和第二部分分別與第一活塞體(2a)和第二活塞體(2b)配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述雙缸腔體(I)的第二部分與第一部分之間過渡區(qū)域具有錐形截面，該錐形截面的內(nèi)徑沿遠(yuǎn)離第一部分的方向逐漸增大，并與第二活塞體(2b) —端部的錐形結(jié)構(gòu)配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述單杠腔體(3)包括沿軸向依次設(shè)置的第三部分和第四部分，且第三部分的內(nèi)徑大于第四部分，所述第三部分和第四部分分別與第三活塞體(2c)和受撞活塞(4)配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述單杠腔體(3)的第三部分與第四部分之間過渡區(qū)域具有錐形截面，該錐形截面的內(nèi)徑沿遠(yuǎn)離第一部分的方向逐漸減小，并與第三活塞體(2c) —端部的錐形結(jié)構(gòu)配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述雙腔缸體(I)一端與安裝面固定連接，另一端與支架(6)固定連接，所述支架(6)固定設(shè)置于安裝面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述雙腔缸體雙腔缸體(I) 與支架(6)同軸設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述雙腔缸體(I)一端經(jīng)螺紋連接機(jī)構(gòu)與安裝面連接，所述支架(6)—側(cè)部與安裝面固定連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)剛度模擬器，其特征在于，所述支架(6)兩端開設(shè)有分別與雙腔缸體(I)和單腔缸體(3 )配合的止口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)剛度模擬器，包括雙腔缸體、三聯(lián)活塞、單腔缸體、受撞活塞，受撞塊和支架；雙腔缸體與單腔缸體均與支架固定連接，支架固定安裝在工作面上；三聯(lián)活塞包括依次設(shè)于活塞桿上的第一、二、三活塞體，雙腔缸體具有第一、二工作腔，單腔缸體具有第三工作腔；第一、二活塞體分別與第一、二工作腔配合，第三活塞體和受撞活塞分別與第三工作腔內(nèi)的不同區(qū)域緊密配合，受撞塊設(shè)于單腔缸體之外，并與受撞活塞連接，第一、二、三工作腔上分別開設(shè)用于注入工作介質(zhì)的第一、二、三通口。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)工作介質(zhì)的壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同剛度物體的模擬，且模擬量程廣，重復(fù)性好，精度高，可控性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。
文檔編號(hào)G01M7/08GK102607792SQ20121008342
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者吳國雄, 徐曼 申請(qǐng)人:蘇州世力源科技有限公司