專利名稱：三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種土木工程領域中，用于測試大尺寸材料阻尼性能的測試裝置，具體涉及一種三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置。
背景技術：
目前，針對粘彈性阻尼材料阻尼特性的動態力學測試主要有三種方法自由振動法、共振法、強迫振動非共振法。而粘彈性材料的阻尼性能與工作頻率緊密相關，自由振動法與共振法只能測試結構或構件固有頻率附近的阻尼特性，所以一般都采用強迫振動非共振法，如粘彈譜儀(Q800、VA4000)、動態力學分析儀(DMA)等。這些儀器的一個共同缺點就是無法測試土木工程領域中的大尺寸材料(如混凝土)的阻尼特性。
實用新型內容本實用新型的目的是為解決目前在土木工程領域中，無法對大尺寸材料阻尼性能進行測試問題而提供的一種三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置。它包括兩個相對平行放置并與地面固定連接的基座、位于兩個基座中間并與地面固定連接的支架；它還包括激勵系統、測量系統、三點彎曲梁裝置；所述的三點彎曲梁裝置由兩個鉸支座、三點彎曲梁、壓梁、加載頭、連接件組成；所述的激勵系統由信號發生器、功率放大器、與地面固定連接的激振器組成；所述的測量系統由力傳感器、位移傳感器、電荷放大器、電壓放大器、數據采集器組成；每個基座上放置有一個鉸支座，三點彎曲梁的一端固定裝在兩個鉸支座中的一個鉸支座上，三點彎曲梁的另一端固定裝在兩個鉸支座中的另一個鉸支座上，每個鉸支座上的下半圓形構件上放置有壓梁，壓梁的兩端通過連接件與所對應的基座固定連接，三點彎曲梁的中間段固定裝有加載頭，力傳感器的上端與加載頭的下半圓形鋼條螺紋連接，力傳感器的下端與激振器的頂桿相連接，激振器的輸入端與功率放大器的輸出端相連接，功率放大器的輸入端與信號發生器的輸出端相連接，力傳感器的輸出端與電荷放大器的輸入端相連接，位移傳感器裝在支架上，位移傳感器的輸出端與電壓放大器的輸入端相連接，電荷放大器的輸出端和電壓放大器的輸出端分別與數據采集器的輸入端相連接。
本實用新型具有以下有益效果一、本實用新型為實現對三點彎曲梁拉壓線加載，由連接螺桿、連接螺帽及兩個圓弧面相對放置的兩半圓形剛條組成的加載頭，力傳感器的上端與加載頭上的下半圓形剛條螺紋連接，力傳感器的下端與激振器的頂桿相連接，力傳感器串接于上述兩者之間，從而實現了對梁的拉壓力的數據采集。二、為實現梁的邊界條件為鉸接，在三點彎曲梁為彈性小變形條件下，采用鉸支座，鉸支座的豎向由壓梁固定，通過壓梁把豎向力傳遞給基座，進而傳遞給地基。三、為實現激振器的剛性安裝，把激振器安裝于剛性地面上；位移傳感器安裝于與剛性地面固定連接的支架上，位移傳感器可伸縮和旋轉，以測量三點彎曲梁跨中穩態位移反應，且不給三點彎曲梁施加反力，提高了位移測量精度。四、本實用新型通過力傳感器采集激振力、位移傳感器采集梁跨中穩態位移，得到兩者相位差δ、激振力幅值p0、位移幅值y0，從而由公式(1)、(2)、(3)得到材料的阻尼性能。
η＝tanδ(1)Ec′=2l3π4Ip0y0cosδ---(2)]]>Ec′′=2l3π4Ip0y0sinδ---(3)]]>五、采用本實用新型可測試長×寬為40×40～100mm2、跨度大于600mm的大尺寸材料構件。六、本實用新型具有結構簡單，使用、安裝方便，可實現不同頻率(0.1～2.5Hz)、不同波形加載(三角波、正弦波、方波等等)及可測試大尺寸材料的阻尼性能與彈性模量的優點。


圖1是本實用新型的整體結構示意圖，圖2是圖1的左視圖(去掉信號發生器3-1、功率放大器3-2、電荷放大器4-3、電壓放大器4-4及數據采集器4-5)，圖3是三點彎曲梁5-2與加載頭之間的裝配主視圖，圖4是圖3的左視圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式由兩個相對平行放置并與地面固定連接的基座2、位于兩個基座2中間并與地面固定連接的支架1、激勵系統、測量系統、三點彎曲梁裝置組成；所述的三點彎曲梁裝置由兩個鉸支座、三點彎曲梁5-2、壓梁5-3、加載頭、連接件5-5組成；所述的激勵系統由信號發生器3-1、功率放大器3-2、與地面固定連接的激振器3-3組成；所述的測量系統由力傳感器4-1、位移傳感器4-2、電荷放大器4-3、電壓放大器4-4、數據采集器4-5組成；每個基座2上放置有一個鉸支座，三點彎曲梁5-2的一端固定裝在兩個鉸支座中的一個鉸支座上，三點彎曲梁5-2的另一端固定裝在兩個鉸支座中的另一個鉸支座上，每個鉸支座上的下半圓形構件5-1-1上放置有壓梁5-3，壓梁5-3的兩端通過連接件5-5與所對應的基座固定連接，三點彎曲梁5-2的中間段固定裝有加載頭，力傳感器4-1的上端與加載頭的下半圓形鋼條5-4-1螺紋連接，力傳感器4-1的下端與激振器3-3的頂桿3-3-1相連接，激振器3-3的輸入端與功率放大器3-2的輸出端相連接，功率放大器3-2的輸入端與信號發生器3-1的輸出端相連接，力傳感器4-1的輸出端與電荷放大器4-3的輸入端相連接，位移傳感器4-2裝在支架1上，位移傳感器4-2的輸出端與電壓放大器4-4的輸入端相連接，電荷放大器4-3的輸出端和電壓放大器4-4的輸出端分別與數據采集器4-5的輸入端相連接。
本實施方式中的位移傳感器4-2采用激光位移傳感器，可提高位移測量精度；力傳感器4-1采用壓電式應力傳感器。本實施方式中所采用的儀器的型號和生產廠家見下表


具體實施方式
二結合圖1說明本實施方式，本實施方式的兩個鉸支座中的每個鉸支座分別由下半圓形構件5-1-1、上半圓形構件5-1-2、螺桿5-1-3、螺帽5-1-4組成；上半圓形構件5-1-2放置在下半圓形構件5-1-1的正上方，上半圓形構件5-1-2的圓弧面與下半圓形構件5-1-1的圓弧面相對放置，所述的三點彎曲梁5-2的兩端分別裝在每個鉸支座的上半圓形構件5-1-2和下半圓形構件5-1-1之間，上半圓形構件5-1-2與下半圓形構件5-1-1通過螺桿5-1-3和螺帽5-1-4固定連接。為實現三點彎曲梁5-2的豎向尺寸可調，每個鉸支座采用螺桿5-1-3連接，并用螺帽5-1-4固定。為實現三點彎曲梁5-2的邊界條件為鉸接，在三點彎曲梁5-2為彈性小變形條件下，由螺桿5-1-3、螺帽5-1-4及兩個圓弧面相對放置的兩個半圓形構件組成鉸支座，鉸支座的豎向由壓梁5-3固定，通過壓梁5-3把豎向力傳遞給基座，進而傳遞給地基。當每個鉸支座上的兩個半圓形構件的兩個圓弧面相背放置時，可以實現三點彎曲梁5-2兩端固結的邊界條件。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1、圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式的加載頭由上半圓形鋼條5-4-2、下半圓形鋼條5-4-1、連接螺桿5-4-3、連接螺帽5-4-4組成；上半圓形鋼條5-4-2放置在下半圓形鋼條5-4-1的正上方，上半圓形鋼條5-4-2的圓弧面與下半圓形鋼條5-4-1的圓弧面相對放置，所述的三點彎曲梁5-2的中間段裝在上半圓形鋼條5-4-2和下半圓形鋼條5-4-1之間，上半圓形鋼條5-4-2和下半圓形鋼條5-4-1通過連接螺桿5-4-3和連接螺帽5-4-4固定連接，所述的下半圓形鋼條5-4-1的下端面具有與力傳感器4-1螺紋連接的內螺紋孔5-4-5。
采用上述結構，可實現三點彎曲梁5-2的豎向尺寸可調。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
測試時，只要測出三點彎曲梁5-2在交變正弦波激勵下的應力、三點彎曲梁5-2中段的位移和相角，就可以根據下述公式(4)計算出材料的阻尼性能(用損耗因子表示)，其中應力和位移可以分別由力傳感器4-1和激光位移傳感器測出，相角可以按照快速傅立葉變換的方法通過處理應力和位移信號算出。應力-應變相位角(材料損耗因子)η=E′′E′=11+Y0P0cosδ·ω2ml2tgδ---(4)]]>式中P0-激勵力的幅值(N)Y0-梁中點的位移幅值(m)δ-激勵力P和位移Y之間的相位差(度)I-是梁的截面的慣性矩(m4)m-梁的線密度f-激振頻率(Hz)
權利要求1.一種三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置，它包括兩個相對平行放置并與地面固定連接的基座、位于兩個基座中間并與地面固定連接的支架(1)；其特征在于它還包括激勵系統、測量系統、三點彎曲梁裝置；所述的三點彎曲梁裝置由兩個鉸支座、三點彎曲梁(5-2)、壓梁(5-3)、加載頭、連接件(5-5)組成；所述的激勵系統由信號發生器(3-1)、功率放大器(3-2)、與地面固定連接的激振器(3-3)組成；所述的測量系統由力傳感器(4-1)、位移傳感器(4-2)、電荷放大器(4-3)、電壓放大器(4-4)、數據采集器(4-5)組成；每個基座(2)上放置有一個鉸支座，三點彎曲梁(5-2)的一端固定裝在兩個鉸支座中的一個鉸支座上，三點彎曲梁(5-2)的另一端固定裝在兩個鉸支座中的另一個鉸支座上，每個鉸支座上的下半圓形構件(5-1-1)上放置有壓梁(5-3)，壓梁(5-3)的兩端通過連接件(5-5)與所對應的基座固定連接，三點彎曲梁(5-2)的中間段固定裝有加載頭，力傳感器(4-1)的上端與加載頭的下半圓形鋼條(5-4-1)螺紋連接，力傳感器(4-1)的下端與激振器(3-3)的頂桿(3-3-1)相連接，激振器(3-3)的輸入端與功率放大器(3-2)的輸出端相連接，功率放大器(3-2)的輸入端與信號發生器(3-1)的輸出端相連接，力傳感器(4-1)的輸出端與電荷放大器(4-3)的輸入端相連接，位移傳感器(4-2)裝在支架(1)上，位移傳感器(4-2)的輸出端與電壓放大器(4-4)的輸入端相連接，電荷放大器(4-3)的輸出端和電壓放大器(4-4)的輸出端分別與數據采集器(4-5)的輸入端相連接。
2.根據權利要求1所述的三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置，其特征在于所述的兩個鉸支座中的每個鉸支座分別由下半圓形構件(5-1-1)、上半圓形構件(5-1-2)、螺桿(5-1-3)、螺帽(5-1-4)組成；上半圓形構件(5-1-2)放置在下半圓形構件(5-1-1)的正上方，上半圓形構件(5-1-2)的圓弧面與下半圓形構件(5-1-1)的圓弧面相對放置，所述的三點彎曲梁(5-2)的兩端分別裝在每個鉸支座的上半圓形構件(5-1-2)和下半圓形構件(5-1-1)之間，上半圓形構件(5-1-2)與下半圓形構件(5-1-1)通過螺桿(5-1-3)和螺帽(5-1-4)固定連接。
3.根據權利要求1所述的三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置，其特征在于所述的加載頭由上半圓形鋼條(5-4-2)、下半圓形鋼條(5-4-1)、連接螺桿(5-4-3)、連接螺帽(5-4-4)組成；上半圓形鋼條(5-4-2)放置在下半圓形鋼條(5-4-1)的正上方，上半圓形鋼條(5-4-2)的圓弧面與下半圓形鋼條(5-4-1)的圓弧面相對放置，所述的三點彎曲梁(5-2)的中間段裝在上半圓形鋼條(5-4-2)和下半圓形鋼條(5-4-1)之間，上半圓形鋼條(5-4-2)和下半圓形鋼條(5-4-1)通過連接螺桿(5-4-3)和連接螺帽(5-4-4)固定連接，所述的下半圓形鋼條(5-4-1)的下端面具有與力傳感器(4-1)螺紋連接的內螺紋孔(5-4-5)。
4.根據權利要求1所述的三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置，其特征在于所述的位移傳感器(4-2)采用激光位移傳感器。
專利摘要三點彎曲梁式大尺寸材料阻尼測試裝置，它涉及一種測試大尺寸材料阻尼性能的測試裝置。它解決了目前無法測試大尺寸材料阻尼性能問題。本實用新型的三點彎曲梁(5－2)的兩端固定在基座上的每個鉸支座上，每個鉸支座通過壓梁(5－3)豎向固定，三點彎曲梁(5－2)的中間段固裝有加載頭，力傳感器(4－1)分別與加載頭、激振器(3－3)和電荷放大器(4－3)相連接，功率放大器(3－2)分別與激振器(3－3)和信號發生器(3－1)相連接，位移傳感器(4－2)與電壓放大器(4－4)相連接，電荷放大器(4－3)和電壓放大器(4－4)分別與數據采集器(4－5)相連接。該裝置可完成大尺寸材料阻尼測試。
文檔編號G01N11/00GK2859511SQ20062002008
公開日2007年1月17日 申請日期2006年1月18日 優先權日2006年1月18日
發明者歐進萍, 劉鐵軍, 梁超鋒 申請人:歐進萍