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原文传递大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统及方法

专利名称：	大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统及方法
摘要：	一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统及方法，系统包括三层立体封闭环形机架，机架底层设为试样动态疲劳测试区，机架中层设为试样存储区，机架顶层设为试样疲劳损伤检测区，机架中间设有机械臂。方法为：通过机械臂在试样存储区夹取复合材料试样，先将复合材料试样移至试样疲劳损伤检测区内，通过区内悬臂梁反向共振疲劳试验机构对复合材料试样进行热环境下的动态疲劳耐久性试验，直至复合材料试样发生疲劳破坏，再将发生疲劳破坏的复合材料试样移至试样疲劳损伤检测区，复合材料试样先放置到试样托盘上，再移动载有复合材料试样的托盘至试样疲劳损伤检测箱内完成疲劳损伤检测，判断是否需要人工二次检测，并分别移至对应回收箱中。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	东北大学
发明人：	李晖;戴哲鑫;石有泰;王俊;黄浩诚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910535214.1
公开号：	CN110187135A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	李珉
分类号：	G01N35/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N35
申请人地址：	110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
主权项：	1.一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：包括机架，所述机架采用三层立体封闭环形结构，机架底层设为试样动态疲劳测试区，机架中层设为试样存储区，机架顶层设为试样疲劳损伤检测区；在所述机架底层的试样动态疲劳测试区安装有悬臂梁反向共振疲劳试验机构，悬臂梁反向共振疲劳试验机构数量若干，若干悬臂梁反向共振疲劳试验机构沿机架周向均布设置；在所述机架中层的试样存储区安装有试样存储放料箱；在所述机架顶层的试样检测区分别设有试样托盘存储放料箱、第一全向传送带、第一单向传动带、第二全向传送带、第二单向传送带、第三全向传送带、第三单向传送带、第一试样托盘回收箱、第二试样托盘回收箱及试样疲劳损伤检测箱；所述试样托盘存储放料箱、第一全向传送带、第一单向传动带、第二全向传送带、第二单向传送带、第三全向传送带、第三单向传送带及第一试样托盘回收箱在机架顶层顺序排列，且第一试样托盘回收箱与试样托盘存储放料箱相邻；所述第二试样托盘回收箱安装在第二全向传送带出口侧，所述试样疲劳损伤检测箱跨装在第二全向传送带中部上方；在所述机架的中间位置安装有一台试样转运机械臂。 2.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述悬臂梁反向共振疲劳试验机构包括试验台架、龙门支架、第一悬臂梁、第二悬臂梁、悬臂梁安装架、第一振动电机、第二振动电机及热环境模拟箱；所述龙门支架固装在试验台架上部，所述第一悬臂梁一端固连在龙门支架的一根竖梁上，第一悬臂梁另一端为自由端；所述第二悬臂梁一端固连在悬臂梁安装架上，第二悬臂梁另一端为自由端，第二悬臂梁与第一悬臂梁沿一条直线分布且自由端正对，在第一悬臂梁和第二悬臂梁的自由端均设置有试样夹紧结构，复合材料试样固连在第一悬臂梁与和第二悬臂梁的自由端之间；所述悬臂梁安装架安装在试验台架上，悬臂梁安装架在试验台架上位置可调；所述第一振动电机固装在第一悬臂梁上，所述第二振动电机固装在第二悬臂梁上；所述热环境模拟箱吊装在龙门支架的横梁上，热环境模拟箱可沿龙门支架横梁直线移动；在所述第一悬臂梁下方的试验台架上安装有第一激光位移传感器，在所述第二悬臂梁下方的试验台架上安装有第二激光位移传感器，在复合材料试样下方的试验台架上安装有第三激光位移传感器，第一激光位移传感器、第二激光位移传感器及第三激光位移传感器位于同一条直线上且位置可调。 3.根据权利要求2所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述热环境模拟箱包括热防护箱体及红外辐射加热管，热防护箱体上部采用对开式结构，热防护箱体上部设置有若干冷却降温喷口；在所述试验台架上分别安装有抽吸两用气泵和低温二氧化碳储气罐，抽吸两用气泵的抽吸气口与低温二氧化碳储气罐的出气口通过三通阀汇接到冷却降温喷口上；所述红外辐射加热管安装在热防护箱体内侧底部；在所述热防护箱体上设置有观察窗口；所述试样夹紧结构包括压板、压紧螺栓及导向销钉，导向销钉竖直固装在第一悬臂梁/第二悬臂梁的自由端上表面，压板位于第一悬臂梁/第二悬臂梁的自由端上表面的上方，在压板上设有导向孔，所述导向销钉穿装在导向孔中；所述压紧螺栓竖直连接在压板与第一悬臂梁/第二悬臂梁之间，压紧螺栓的螺帽朝上，在压板与第一悬臂梁/第二悬臂梁之间的螺杆上套装有推力弹簧。 4.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述试样存储放料箱包括试样存储放料箱体、试样放料丝母推块、试样放料丝杠、试样放料电机、试样顶升弹簧及试样顶升板；所述试样放料丝杠和试样放料电机水平安装在试样存储放料箱体顶部，试样放料电机的电机轴与试样放料丝杠端部相固连；所述试样放料丝母推块的丝母端安装在试样放料丝杠上，试样放料丝母推块可沿试样放料丝杠直线移动，试样放料丝母推块的推块端位于试样存储放料箱体内；在所述试样存储放料箱体的侧壁上开设有试样放料口；所述试样顶升弹簧竖直安装在试样存储放料箱体内部箱底上，试样顶升弹簧顶端水平设置试样顶升板，复合材料试样堆叠设置在试样顶升板与试样放料丝母推块的推块端之间。 5.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述试样托盘存储放料箱包括试样托盘存储放料箱体、托盘放料丝母推块、托盘放料丝杠、托盘放料电机、托盘支撑弹簧、托盘承放板、承放板导向柱、承放板升降驱动带、承放板升降主动带轮、承放板升降从动带轮及承放板升降驱动电机；所述托盘放料丝杠和托盘放料电机水平安装在试样托盘存储放料箱体顶部，托盘放料电机的电机轴与托盘放料丝杠端部相固连；所述托盘放料丝母推块的丝母端安装在托盘放料丝杠上，托盘放料丝母推块可沿托盘放料丝杠直线移动，托盘放料丝母推块的推块端位于试样托盘存储放料箱体内；在所述试样托盘存储放料箱体的侧壁上开设有托盘放料口；所述托盘支撑弹簧竖直安装在试样托盘存储放料箱体内部箱底上，托盘支撑弹簧顶端水平设置托盘承放板，试样托盘堆叠设置在托盘承放板上；所述承放板导向柱竖直固装在试样托盘存储放料箱体内部，在托盘承放板上开设有导向孔，承放板导向柱穿装在导向孔中；所述承放板升降主动带轮和承放板升降从动带轮沿竖直方向安装在试样托盘存储放料箱体的侧壁上，所述承放板升降驱动带一端固连在托盘承放板上，承放板升降驱动带另一端依次绕过承放板升降主动带轮和承放板升降从动带轮固连在托盘承放板上；所述承放板升降驱动电机安装在试样托盘存储放料箱体外部，承放板升降主动带轮固装在承放板升降驱动电机的电机轴上。 6.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述第一全向传送带、第二全向传送带及第三全向传送带结构相同，均由若干全向轮模块组成，若干全向轮模块沿直线分布；所述全向轮模块包括全向滚轮、滚轮驱动电机及滚轮轮架；所述滚轮轮架采用正六边形结构，每个滚轮轮架上均设置有三个全向滚轮，三个全向滚轮呈周向均匀分布，且三个全向滚轮之间彼此相差120°相位角，每一个全向滚轮均配置有一台滚轮驱动电机。 7.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述第一试样托盘回收箱和第二试样托盘回收箱结构相同，均包括试样托盘回收箱体、托盘回收板、回收板导向柱、回收板升降驱动带、回收板升降主动带轮、回收板升降从动带轮、回收板升降驱动电机、托盘移除推板、托盘移除丝杠、托盘移除电机；所述回收板导向柱竖直固连在试样托盘回收箱体内部，托盘回收板上开设有导向孔，回收板导向柱穿装在导向孔中；所述回收板升降主动带轮和回收板升降从动带轮沿竖直方向安装在试样托盘回收箱体的侧壁上，所述回收板升降驱动带一端固连在托盘回收板上，回收板升降驱动带另一端依次绕过回收板升降主动带轮和回收板升降从动带轮固连在托盘回收板上；所述回收板升降驱动电机安装在试样托盘回收箱体外部，回收板升降主动带轮固装在回收板升降驱动电机的电机轴上；所述托盘移除丝杠安装在托盘回收板内部，在所述托盘移除推板上开设有螺纹孔，托盘移除丝杠穿装在托盘移除推板的螺纹孔中，托盘移除推板可沿托盘移除丝杠直线移动；所述托盘移除电机安装在托盘回收板上，托盘移除电机的电机轴与托盘移除丝杠的端部相固连；在所述试样托盘回收箱体上开设有托盘回收口。 8.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述试样疲劳损伤检测箱包括试样疲劳损伤检测箱体、电子显微镜和相机，电子显微镜和相机均安装在试样疲劳损伤检测箱体内部顶端，通过电子显微镜对复合材料试样的表面结构变化情况进行检测，通过相机对复合材料试样的变化情况进行记录；所述相机位于复合材料试样运动方向的前部，所述电子显微镜位于复合材料试样运动方向的后部。 9.根据权利要求1所述的一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于：所述试样转运机械臂包括机械臂底座、回转台、立柱、丝母滑块、导向滑轨、机械臂升降调整丝杠、机械臂升降驱动电机、大臂、肘关节块、小臂、腕关节块、手掌及多功能手爪；所述机械臂底座固定在地面上，回转台安装在机械臂底座上，立柱竖直固装在回转台上，立柱在回转台上具有回转自由度；所述机械臂升降调整丝杠竖直安装在立柱上，机械臂升降驱动电机安装在立柱顶端，机械臂升降驱动电机的电机轴与机械臂升降调整丝杠顶端相固连；所述导向滑轨竖直固装在立柱上，导向滑轨与机械臂升降调整丝杠相平行，丝母滑块套装在机械臂升降调整丝杠上，且丝母滑块与导向滑轨滑动连接，丝母滑块可沿导向滑轨直线移动；所述大臂采用平行双臂结构，大臂一端铰接在丝母滑块上，肘关节块铰接在大臂另一端，在大臂的平行双臂之间连接有大臂调整气缸；所述小臂采用平行双臂结构，小臂一端铰接在肘关节块上，腕关节块铰接在小臂另一端，在小臂的平行双臂之间连接有小臂调整气缸；所述手掌安装在腕关节块上，手掌采用电动回转结构；所述多功能手爪安装在手掌上，多功能手爪包括手爪基架、电动开合式手指、扳手及扳手驱动电机，手爪基架连接在手掌上，电动开合式手指设置在手爪基架上，所述扳手驱动电机固装在电动开合式手指下方的手爪基架上，扳手同轴固连在扳手驱动电机的电机轴上。 10.一种大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验方法，采用了权利要求1所述的大批量自动化的复合材料动态疲劳耐久性试验系统，其特征在于包括如下步骤：步骤一：将复合材料试样分类放置到不同的试样存储放料箱内，并设定好每个试样存储放料箱内复合材料试样的数量；步骤二：启动试样存储放料箱的试样放料电机，直到将一个复合材料试样从试样放料口推出；步骤三：启动试样转运机械臂，利用电动开合式手指将已经推出试样放料口的复合材料试样夹取，并转移到悬臂梁反向共振疲劳试验机构的第一悬臂梁和第二悬臂梁的自由端之间；步骤四：松开电动开合式手指，解除对复合材料试样的夹持，并将扳手套在压紧螺栓的螺帽上，启动扳手驱动电机，以对压紧螺栓进行旋拧，直到压板将复合材料试样完全压紧，然后移走试样转运机械臂；步骤五：移动热环境模拟箱，直到复合材料试样处于热防护箱体内，然后启动红外辐射加热管，以进行热环境模拟，再在热环境下启动第一振动电机和第二振动电机，以对复合材料试样进行疲劳耐久性试验；步骤六：利用第一激光位移传感器检测第一悬臂梁的振动变形量，利用第二激光位移传感器检测第二悬臂梁的振动变形量，利用第三激光位移传感器检测复合材料试样的振动变形量，并将所有振动变形量数据进行统一采集和存储；步骤七：当疲劳耐久性试验达到设定的结束标准后，或是振动变形量的时域波形图发生突变时，则判断复合材料试样已经发生疲劳破坏，此时停止第一振动电机和第二振动电机；步骤八，当第一振动电机和第二振动电机停止后，开始对复合材料试样进行降温，降温结束后，再将热环境模拟箱移动回初始位置；步骤九：再次启动试样转运机械臂，并移回将试样转运机械臂，直到扳手套在压紧螺栓的螺帽上，反向启动扳手驱动电机，以对压紧螺栓进行反向旋拧，直到压板完全脱离对复合材料试样的压紧；步骤十：抬离扳手，利用电动开合式手指将脱离压紧状态的复合材料试样重新夹取，同时启动试样托盘存储放料箱，直到将一个试样托盘从托盘放料口推出至第一全向传送带上，并将夹取的复合材料试样移至试样托盘上；步骤十一：启动第一全向传送带，通过第一全向传送带将放置有复合材料试样的试样托盘转移到第一单向传动带，再通过第一单向传动带将放置有复合材料试样的试样托盘转移到第二全向传送带上，然后启动第二全向传送带，并将放置有复合材料试样的试样托盘移动到试样疲劳损伤检测箱内；步骤十二：复合材料试样在试样疲劳损伤检测箱内完成疲劳损伤检测，然后根据疲劳损伤检测结构判断是否需要人工进行二次检测，若需要进行人工二次检测时，再次启动第二全向传送带，并将放置有复合材料试样的试样托盘通过托盘回收口送入第二试样托盘回收箱中；若不需要进行人工二次检测时，也再次启动第二全向传送带，并依次通过第二单向传送带、第三全向传送带及第三单向传送带将放置有复合材料试样的试样托盘送入第一试样托盘回收箱；步骤十三：当第一试样托盘回收箱满载后，且试样托盘存储放料箱空载后，先将第一试样托盘回收箱内的试样托盘中收集的复合材料试样废料清除，然后统一将第一试样托盘回收箱中的试样托盘推入试样托盘存储放料箱中，实现试样托盘的循环利用。
所属类别：	发明专利