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《落錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、中國(guó)科技論文實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理Vol.20No.5200322統(tǒng)計(jì)源期刊落錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)毛鑄,桂良進(jìn),范子杰(清華大學(xué)汽車(chē)工程系汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100084)摘要:落錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為我們研究動(dòng)態(tài)沖擊響應(yīng)與結(jié)構(gòu)單元吸能問(wèn)題提供了簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)手段,本文介紹一套落錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程,同時(shí)給出該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬對(duì)照。這套設(shè)備對(duì)研究材料和汽車(chē)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的沖擊問(wèn)題有很重要的意義。關(guān)鍵詞:落錘;沖擊實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā);有限元中圖分類(lèi)號(hào):TG1155文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-4956(200
2、3)05-0022-08耐撞性是包括飛機(jī)、汽車(chē)等運(yùn)載工具在內(nèi)的許多承載結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。由于沖擊過(guò)程中材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)行為表現(xiàn)的特殊性,使得我們需要一套與對(duì)待靜態(tài)問(wèn)題不同的研究方法。目前以有限元方法為主要分析手段的模擬仿真技術(shù)為結(jié)構(gòu)沖擊性能評(píng)價(jià)提供了很好的途徑,而仿真計(jì)算的建模、驗(yàn)?zāi)Ｅc修正全都需要以沖擊實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為依據(jù)。研究薄壁結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)、吸能規(guī)律,考察運(yùn)載工具中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的耐撞性,指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),落錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一種簡(jiǎn)單、可靠、重復(fù)性好的實(shí)驗(yàn)裝置。這類(lèi)小規(guī)模、局部的撞擊,無(wú)論從模型的建立還是實(shí)驗(yàn)消耗上都更為基礎(chǔ)與經(jīng)濟(jì)。目前同類(lèi)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架多數(shù)采用氣動(dòng)式,加載精確平
3、穩(wěn),缺點(diǎn)是占地大,成本較高,且由于有龐大的動(dòng)力裝置與氣體管道,造成日常維護(hù)不便。一般的落錘下落都有導(dǎo)軌限位,鑄鐵T型槽導(dǎo)軌精度高,剛度大,但質(zhì)量太大,結(jié)構(gòu)笨重。還有某些臺(tái)架,重錘釋放機(jī)構(gòu)采用機(jī)械式行程開(kāi)關(guān),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且重錘釋放位置的高度由行程開(kāi)關(guān)安裝的位置決定,不易調(diào)節(jié)。因此本實(shí)驗(yàn)室根據(jù)具體情況與研究需要,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉且能夠滿(mǎn)足功能要求的沖擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)描述本套落錘沖擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與電測(cè)系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成,結(jié)構(gòu)組成框架如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備,能夠完成沖擊實(shí)驗(yàn)的碰撞與數(shù)據(jù)采集分析的全過(guò)程。全系統(tǒng)包括機(jī)械鋼架、地基底板、落錘結(jié)構(gòu)、提升與釋放
4、機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)幾部分。收稿日期:2002-11-11作者簡(jiǎn)介:毛鑄(1980),男,學(xué)士項(xiàng)目基金:國(guó)家教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)研究基金(編號(hào)20010000306)落錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)23對(duì)系統(tǒng)有幾點(diǎn)要求:強(qiáng)度與剛度,由于系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),重錘被吊升至高處,故要求系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度與剛度;導(dǎo)軌垂直度,實(shí)驗(yàn)的外載荷由落錘提供,保證重錘下落沖擊試件瞬間的速度方向盡可能垂直向下;地基慣性,保證沖擊過(guò)程對(duì)落錘周?chē)牟杉治鲈O(shè)備不產(chǎn)生干擾。且地基不能在若干次實(shí)驗(yàn)后出現(xiàn)裂縫或整體沉降;數(shù)據(jù)采集頻率和精度,由于落錘運(yùn)動(dòng)的速度很快,且碰撞在
5、瞬間完成,因此對(duì)速度、加速度信號(hào)的采集電路有一定要求。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)與功能針對(duì)上述諸多種功能要求,經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,考慮到占用空間及所需成本,最終確定如下方案。圖2為系統(tǒng)外觀的照片。圖2系統(tǒng)外觀照片該方案用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將落錘拉至所需高度,通過(guò)滑車(chē)上方的專(zhuān)用脫鉤裝置,將落錘釋放。落錘沿兩側(cè)導(dǎo)軌自由下落,沖擊地面上的試件。在試件上方的導(dǎo)軌上,布置對(duì)射式光電傳感器,檢測(cè)落錘經(jīng)過(guò)的時(shí)刻,換算出沖擊前速度大小。落錘上布置加速度傳感器,采24實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理集沖擊過(guò)程中的加速度信號(hào)。信號(hào)經(jīng)放大轉(zhuǎn)換,由計(jì)算機(jī)分析處理,得到?jīng)_擊載荷特性。機(jī)械鋼架鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)成整
6、個(gè)臺(tái)架的支撐主體,在實(shí)驗(yàn)中落錘升起后,承擔(dān)全部落錘的重量。鋼架本身采用型鋼焊接的桁架結(jié)構(gòu),具有足夠的強(qiáng)度與剛度,能夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)需要。同時(shí)鋼架為落錘滑車(chē)提供下滑導(dǎo)軌。導(dǎo)軌對(duì)滑車(chē)起到限位作用,一方面在落錘沖擊試件的過(guò)程中,不致在沖擊載荷的側(cè)向的反作用下偏離實(shí)驗(yàn)臺(tái);另一方面,為沖擊試件之前的落錘速度方向提供導(dǎo)引。導(dǎo)軌與地面保證良好的垂直性,從而引導(dǎo)落錘沿垂直方向沖擊試件,避免砸偏砸翻試件,也避免了能量在水平方向上損失。鋼架采用六根邊長(zhǎng)70mm的方鋼為立柱,50mm邊長(zhǎng)的角鋼作斜拉筋?？偢?米。相對(duì)的一對(duì)立柱上各扣焊一根邊長(zhǎng)50mm的角鋼,作為滑車(chē)下落的導(dǎo)軌。地基沖擊試驗(yàn)過(guò)程中
7、,落錘大量的動(dòng)能在瞬間釋放,被試件吸收。地基在吸收剩余能量時(shí),除了要保持相當(dāng)?shù)膽T性,以免影響周?chē)鷥x器,自身還要有一定的抗沖擊性。本系統(tǒng)采用鋼筋混凝土地基,地坑尺寸為17m14m1m,大質(zhì)量的鋼筋混凝土具有大慣性,能夠使周?chē)鷥x器免于噪聲干擾。為提高表面的局部抗沖擊性能,不致在多次擊打后混凝土出現(xiàn)剝落或與鋼筋的分離,在地基的正中預(yù)埋1000mm1000mm22mm鋼板一塊,使作用力均勻分布在地基表面,降低局部受到的沖擊。落錘與滑車(chē)結(jié)構(gòu)沖擊實(shí)驗(yàn)的能量全部來(lái)源于落錘的動(dòng)能。本系統(tǒng)采用七塊400mm400mm20mm
