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一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，它是由底座、試驗件、壓板、沖擊塊、圓孔墊塊、橡膠墊片和支架組成，支架垂直立于底座上并用加強筋與底座固連；圓孔墊塊置于底座矩形凹槽內(nèi)，其上依次放置試驗件、橡膠墊片和壓板，沖擊塊懸掛于支架中部位置。本實用新型提供的試驗系統(tǒng)能用于沖擊金屬薄板，既能制造規(guī)定尺寸的凹坑，又能保證沖擊后的金屬薄面表面平整、無擦傷，可用于試驗?zāi)M真實金屬薄板結(jié)構(gòu)如飛機蒙皮在實際使用過程中因工具掉落或飛鳥撞擊等低速沖擊造成的凹坑，為進一步評估凹坑對金屬薄板安全性影響奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型提供一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，屬試驗測試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]物體在很短時間內(nèi)以一定速度作用于結(jié)構(gòu)上就產(chǎn)生沖擊，并導(dǎo)致沖擊載荷，沖擊載荷產(chǎn)生的應(yīng)力稱作沖擊應(yīng)力；因沖擊而導(dǎo)致的材料與結(jié)構(gòu)損傷比比皆是，比如，飛機在飛行過程中因冰雹、鳥撞或者在維修過程中不經(jīng)意的工具掉落都會在結(jié)構(gòu)件或蒙皮上，產(chǎn)生一定程度的沖擊損傷，其特征是在結(jié)構(gòu)件或蒙皮表面留有沖擊凹坑，可以說，沖擊凹坑的尺寸大小在一定意義上代表了沖擊損傷和沖擊能量的大小，因此，有必要在材料或結(jié)構(gòu)上制造規(guī)定尺寸的沖擊凹坑，用于研究其對靜強度與疲勞強度性能的影響，建立凹坑尺寸與靜強度和疲勞強度的關(guān)系，制定合理的維修策略。目前，復(fù)合材料層板沖擊試驗技術(shù)與裝置發(fā)展較成熟，并已形成了沖擊試驗標準，但是，國內(nèi)外對利用沖擊制造金屬薄板規(guī)定尺寸的凹坑的試驗技術(shù)與裝置尚不成熟，鮮有此方面技術(shù)研究報道，為此，本實用新型研制了一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸的沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，專門制造金屬薄板規(guī)定尺寸的凹坑，為維修策略的制定提供技術(shù)支持。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，以用于制造金屬薄板規(guī)定尺寸的沖擊凹坑。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]I)本實用新型一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，它是由底座、試驗件、壓板、沖擊塊、圓孔墊塊、橡膠墊片和支架組成，它們之間的位置連接關(guān)系是:支架垂直立于底座上并用加強筋與底座固連；圓孔墊塊置于底座矩形凹槽內(nèi)，其上依次放置試驗件、橡膠墊片和壓板，沖擊塊懸掛于支架中部位置。
[0006]所述底座是金屬結(jié)構(gòu)件，它由一塊矩形鋼板和4個角鋼支腿連接而成；矩形鋼板中部設(shè)有放置圓孔墊塊的矩形凹槽，矩形凹槽中部設(shè)有一圓孔。
[0007]所述試驗件是一塊矩形鋼板，其中部設(shè)有一圓孔(比如直徑20毫米)，板四周均布四個圓孔；
[0008]所述壓板是兩長邊帶曲邊凹槽的矩形鋼板；
[0009]所述沖擊塊是帶臺階的圓柱形件；其一端為螺柱，另一端為半球狀。
[0010]所述圓孔墊塊是四周帶圓弧、中心帶圓孔的矩形板料；
[0011]所述橡膠墊片是四周均布圓孔、中心帶圓孔的矩形橡膠板料；
[0012]所述支架是由型材制作的Π字形構(gòu)架，其底部用加強筋與底座固連。
[0013]本試驗系統(tǒng)的原理及工況簡介如下:
[0014]工程中，金屬薄板沖擊凹坑的尺寸通常定義為凹坑根部直徑與深度之比，因此，本試驗系統(tǒng)通過選定底座墊塊圓孔直徑和調(diào)整沖擊塊高度的方式，制造規(guī)定根部直徑和深度的凹坑，從而獲得規(guī)定尺寸(即規(guī)定凹坑根部直徑與深度之比)的沖擊凹坑。
[0015]由于金屬薄板因沖擊而沿底座墊塊圓孔產(chǎn)生塑性變形，形成凹坑，也就是說，圓孔直徑?jīng)Q定凹坑根部直徑大小，圓孔直徑太大，會產(chǎn)生尺寸效應(yīng)，導(dǎo)致凹坑根部沿試驗件長度和寬度方向的直徑不相同。一般情況下，需要根據(jù)金屬薄板試驗件尺寸確定不產(chǎn)生尺寸效應(yīng)的底座墊塊圓孔直徑，即圓孔直徑應(yīng)不大于金屬薄板試驗件寬度的1/4，這樣，制造的凹坑根部沿試驗件長度和寬度方向的直徑相同，從而，可制造規(guī)定根部直徑的凹坑。
[0016]調(diào)整沖擊塊的高度，并沿著支架上的光滑導(dǎo)軌下滑，沖擊壓板固定在底座上的試驗件，最終，可制造金屬薄板試驗件規(guī)定深度的沖擊凹坑。
[0017]本試驗系統(tǒng)僅限于金屬薄板的低速沖擊損傷試驗?zāi)M(即圓球形凹坑制造)，不可用于金屬材料或復(fù)合材料厚板的低速沖擊損傷模擬。
[0018]2) 一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑試驗系統(tǒng)的測試方法，該方法具體步驟如下:
[0019]步驟一，設(shè)計并制造沖擊塊、不同尺寸的沖擊頭、支架、底座、底座的圓孔墊塊、橡膠墊片以及壓板等零件，將這些零件裝配成一整體，形成試驗系統(tǒng)。
[0020]步驟二，將底座安放試驗系統(tǒng)的中央位置(即沖擊頭對準底座中心孔洞)，安裝圓孔墊塊，并鋪放帶有標記試驗件放置位置標記的橡膠墊片，保證試樣中心精確對準底座中心，并防止試樣因沖擊變形而導(dǎo)致表面擦傷；再將金屬薄板置于橡膠墊片的試驗件標記線內(nèi)；最后，用鋼制壓板固定，保證金屬薄板沖擊后(除沖擊凹坑外)的其余部分不發(fā)生塌陷，仍保持平整。
[0021]步驟三，將沖擊塊抬到預(yù)定高度釋放，沖擊塊將沿著豎直的導(dǎo)軌自由下落，沖擊金屬薄板試樣。實驗過程中，要保證不發(fā)生二次沖擊，即發(fā)生第I次沖擊后，采用雙手托住沖擊塊，防止二次沖擊。
[0022]步驟四，取下沖擊后的金屬薄板，利用游標卡尺和鋼尺對凹坑深度和凹坑直徑進行測定并作好記錄。凹坑深度定義為從凹坑最低點至薄板水平面之間的距離，將鋼尺橫在凹坑上，用游標卡尺測量鋼尺上表面至凹坑最低點的距離，將讀數(shù)減去鋼尺厚度即為凹坑深度；凹坑直徑定義為金屬薄板背部沖擊圓球形鼓包根部圓形痕跡的直徑，采用游標卡尺即可測量此直徑。
[0023]步驟五，根據(jù)凹坑尺寸的測量結(jié)果，調(diào)整沖擊塊的沖擊高度，重復(fù)沖擊試驗和凹坑尺寸測量過程，直至獲得規(guī)定尺寸的沖擊凹坑為止。
[0024]優(yōu)點及功效:本實用新型提供的試驗系統(tǒng)能用于沖擊金屬薄板，既能制造規(guī)定尺寸的凹坑，又能保證沖擊后的金屬薄面表面(除凹坑外)平整、無擦傷，可用于試驗?zāi)M真實金屬薄板結(jié)構(gòu)(如飛機蒙皮)在實際使用過程中因工具掉落或飛鳥撞擊等低速沖擊造成的凹坑，為進一步評估凹坑對金屬薄板安全性影響奠定基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和實例對本實用新型進一步說明。
[0026]圖1試驗系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖1中:1.底座，2.試驗件，3.壓板，4.沖擊塊，5.支架。[0028]圖2沖擊頭結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖3底座結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖4圓孔墊塊結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖5橡膠墊片結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖6沖擊試驗件圖。
[0033]圖7壓板結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖8底座不意圖。
[0035]圖8中:1.底座，6.圓孔墊塊，7.橡膠墊片，2.試驗件，3.壓板。
【具體實施方式】
[0036]結(jié)合圖1和圖8說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0037]在圖1中，本實用新型一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，它是由底座1、試驗件2、壓板3、沖擊塊4、圓孔墊塊6、橡膠墊片7和支架5組成，它們之間的位置連接關(guān)系是:支架5垂直立于底座I上并用加強筋與底座I固連；圓孔墊塊6置于底座I矩形凹槽內(nèi)，其上依次放置試驗件2、橡膠墊7片和壓板3，沖擊塊4懸掛于支架5中部位置。
[0038]工作原理如下:沖擊塊4沿著支架5上的光滑導(dǎo)軌下滑，沖擊壓板3下固定在底座I上的試驗件2，實現(xiàn)對試驗件制造規(guī)定尺寸的沖擊凹坑的目的。
[0039]圖8描述了試驗系統(tǒng)底座的詳細結(jié)構(gòu)。該底座I可以保證金屬薄板沖擊后除凹坑外的其余部分仍然保持表明平整，且不產(chǎn)生擦傷，僅僅產(chǎn)生一個圓球狀的凹坑。圖4所示的圓孔墊塊6為含有中心圓孔、四周倒角的墊塊。圖3所示的底座I中央含有一方形孔，其尺寸與圓孔墊塊6尺寸相同，這樣圓孔墊塊6能放入底座I方形孔中，可使金屬薄板在受到?jīng)_擊時只在圓孔墊塊6中心圓孔區(qū)域產(chǎn)生圓球形變形。圖5所示的帶有試驗件2位置標記的橡膠墊片7鋪放在底座I上，其圓孔大小與圓孔墊塊6的圓孔相同，鋪放過程中，將橡膠墊片7圓孔對準底座I及圓孔墊塊6的圓孔，可保證圓孔中心與沖擊頭同軸；橡膠墊片7作用是防止沖擊后金屬薄板背部表面不因沖擊碰撞而產(chǎn)生擦傷。圖6所示的試驗件2放置橡膠墊片的標示位置的方框區(qū)域內(nèi)，以保證試驗件2中心與底座I和圖2所示沖擊頭處于同一軸線上。圖7所示的壓板3用于固定試樣，壓板3四周通過螺栓固定在底座I上，保證金屬薄板沖擊后仍保持平整(除凹坑部分外)，不發(fā)生塌陷。
[0040]另外，在金屬薄板的凹坑制造試驗中，金屬薄板試驗件2 (如圖6所示)的設(shè)計非常關(guān)鍵，必須要保證試驗件中部具有足夠?qū)挾龋糁胁刻?，無法得到理想形狀和規(guī)定尺寸的沖擊凹坑。
[0041]2) 一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑試驗系統(tǒng)的測試方法，該方法具體步驟如下:
[0042]步驟一，設(shè)計并制造沖擊塊4、不同尺寸的沖擊頭、支架5、底座1、底座的圓孔墊塊
6、橡膠墊片7以及壓板3等零件，將這些零件裝配成一整體，形成試驗系統(tǒng)。
[0043]步驟二，將底座I安放試驗系統(tǒng)的中央位置(即沖擊頭對準底座中心孔洞)，安裝圓孔墊塊6，并鋪放帶有標記試驗件放置位置標記的橡膠墊片7，保證試樣中心精確對準底座I中心，并防止試樣因沖擊變形而導(dǎo)致表面擦傷；再將金屬薄板置于橡膠墊片7的試驗件2標記線內(nèi)；最后，用鋼制壓板3固定，保證金屬薄板沖擊后(除沖擊凹坑外)的其余部分不發(fā)生塌陷，仍保持平整。
[0044]步驟三，將沖擊塊4抬到預(yù)定高度釋放，沖擊塊4將沿著豎直的導(dǎo)軌自由下落，沖擊金屬薄板試樣。實驗過程中，要保證不發(fā)生二次沖擊，即發(fā)生第I次沖擊后，采用雙手托住沖擊塊4，防止二次沖擊。
[0045]步驟四，取下沖擊后的金屬薄板試驗件2，利用游標卡尺和鋼尺對凹坑深度和凹坑直徑進行測定并作好記錄。凹坑深度定義為從凹坑最低點至薄板水平面之間的距離，將鋼尺橫在凹坑上，用游標卡尺測量鋼尺上表面至凹坑最低點的距離，將讀數(shù)減去鋼尺厚度即為凹坑深度；凹坑直徑定義為金屬薄板背部沖擊圓球形鼓包根部圓形痕跡的直徑，采用游標卡尺即可測量此直徑。
[0046]步驟五，根據(jù)凹坑尺寸的測量結(jié)果，調(diào)整沖擊塊4的沖擊高度，重復(fù)沖擊試驗和凹坑尺寸測量過程，直至獲得規(guī)定尺寸的沖擊凹坑為止。
[0047]通過上述五個步驟，通過調(diào)整底座圓孔墊塊6圓孔直徑和沖擊塊4高度的方式，制造規(guī)定根部直徑和深度的沖擊凹坑，從而獲得規(guī)定尺寸(即規(guī)定凹坑根部直徑與深度之比)的沖擊凹坑
【權(quán)利要求】
1.一種制造金屬薄板規(guī)定尺寸沖擊凹坑的試驗系統(tǒng)，其特征在于:它是由底座、試驗件、壓板、沖擊塊、圓孔墊塊、橡膠墊片和支架組成，支架垂直立于底座上并用加強筋與底座固連；圓孔墊塊置于底座矩形凹槽內(nèi)，其上依次放置試驗件、橡膠墊片和壓板，沖擊塊懸掛于支架中部位置； 所述底座是金屬結(jié)構(gòu)件，它由一塊矩形鋼板和4個角鋼支腿連接而成；矩形鋼板中部設(shè)有放置圓孔墊塊的矩形凹槽，矩形凹槽中部設(shè)有一圓孔； 所述試驗件是一塊矩形鋼板，其中部設(shè)有一圓孔，板四周均布四個圓孔； 所述壓板是兩長邊帶曲邊凹槽的矩形鋼板； 所述沖擊塊是帶臺階的圓柱形件；其一端為螺柱，另一端為半球狀； 所述圓孔墊塊是四周帶圓弧、中心帶圓孔的矩形板料； 所述橡膠墊片是四周均布圓孔、中心帶圓孔的矩形橡膠板料； 所述支架是由型材制作的Π字形構(gòu)架，其底部用加強筋與底座固連。
【文檔編號】G01N3/303GK203405318SQ201320504450
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】熊天宇, 熊峻江, 張亦波 申請人:北京航空航天大學(xué)