阅读说明：本技术 一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、系统及方法 (Large-size high-range reinforced concrete table force measuring device, system and method ) 是由 惠旭龙 刘小川 白春玉 舒挽 郭军 张宇 牟让科 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于结构动态冲击力学性能实验技术领域,涉及一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、系统及方法。该装置包括：从上到下依次固连的钢筋混凝土台面、过渡框架、多个单向力传感器、底座框架、地面固定安装板；过渡框架与单向力传感器的上安装面接触；底座框架与单向力传感器的下安装面接触；安装板固定在实验区域地基上。(The invention belongs to the technical field of structural dynamic impact mechanical property experiments, and relates to a large-size high-range reinforced concrete table-board force measuring device, system and method. The device includes: the reinforced concrete platform surface, the transition frame, the plurality of one-way force sensors, the base frame and the ground fixing and mounting plate are fixedly connected in sequence from top to bottom; the transition frame is contacted with the upper mounting surface of the unidirectional force sensor; the base frame is contacted with the lower mounting surface of the unidirectional force sensor; the mounting panel is fixed on experimental area ground.)

一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、系统及方法

技术领域

本发明属于结构动态冲击力学性能实验技术领域，涉及一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、系统及方法。

背景技术

飞机在运营中因天气、人为、机械故障等原因不可避免会出现应急坠撞事故。在飞机研发过程中需要通过实验方法对机身结构及内部关键设备进行抗坠撞测试，以验证飞机的耐撞性能。国外如FAA、NASA、DLR、Wichita州立大学等研究机构都建设有相关的大型测力设备，能够在真实跑道纸面环境下开展机身结构及内部关键设备的坠撞实验。

国内在测力装置研究中也有不少发明，并有多项专利技术，例如：平板式六分力测力平台装置(中国专利：CN103267602B)，过约束大量程并联六维测力平台(中国专利：CN101703393A),一种压电式四维切削测力平台(中国专利：CN101524818A)。但这些测力装置及系统均为金属台面，不能模拟机场跑道的地面力学属性，且台面尺寸小、有效量程低，无法满足全尺寸大型机身框段结构及机载设备的冲击实验需求。需要设计大尺寸高量程钢筋混凝土测力试验装置和系统，解决实验需求问题。

发明内容

本发明能够满足真实机场跑道地面环境下大尺寸机身结构和机载设备坠撞冲击力测试需求。

本发明提供一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置，包括：从上到下依次固连的钢筋混凝土台面、过渡框架、多个单向力传感器、底座框架、地面固定安装板；

过渡框架与单向力传感器的上安装面接触；底座框架与单向力传感器的下安装面接触；安装板固定在实验区域地基上。

连接面平面度和上下安装面平行度控制单向力传感器均布受力，其中，钢筋混凝土台面的下表面平面度不大于0.1，过渡框架上下表面平行度不大于0.1，单向力传感器安装垂直度不大于0.1，底座框架上下表面平行度不大于0.1。

钢筋混凝土台面包括钢框和钢筋混凝土；钢框起到预制作用，实现钢筋混凝土台面的一体成型；钢筋混凝土设计参数参考飞机机场跑道建设相关标准。

网格形支架和多个支撑板；其中；

支撑板固定在网格形支架中伸出网格的杆子两顶端，并通过螺栓与钢筋混凝土台面连接，实现对钢筋混凝土台面外伸部分的支撑。

单向力传感器安装在网格形支架的十字交错位置和T形交错位置和四个边角中按要求选择的位置。

还包括：安装在钢筋混凝土台面上表面的吊耳。

本发明提供一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力系统，包括：

大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、数据采集系统和控制系统；

其中，控制系统控制采集系统采集大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置中单向力传感器的感应数据。

本发明提供一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力方法，包括：

利用一种专用的大尺寸钢筋混凝土台面模拟飞机机场跑道地面的力学环境，通过多通道密布并联单向力传感器测试垂直撞击力响应信号；

通过单向力传感器的差异量程布置实现垂直撞击力的可靠测量。

本发明优点：

本发明充分利用密布并联单向轮辐式力传感器的受力特点，结合大尺寸钢框架承载/传载优势以及飞机机场跑道的设计特点，提供一种满足真实机场跑道地面环境下飞机机身结构和机载设备坠撞冲击力测试需求的大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、系统和实验方法，且该实验装置可靠性高、可操作性强，能显著提升飞机坠撞试验测试能力和地面撞击环境模拟能力，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力系统的示意图。

图2为钢筋混凝土台面的示意图。

图3为过渡框架的示意图。

图4为单向力传感器和底座框架的安装示意图。

具体实施方式

基于飞机结构坠撞实验加载特点，设计一种专用的适用于真实跑道地面环境下全尺寸大型机身框段结构及机载设备的坠撞实验力响应测试方法。该实验方法主要利用一种专用的大尺寸钢筋混凝土台面模拟飞机机场跑道地面的力学环境，通过10通道密布并联单向轮辐式力传感器测试垂直撞击力响应信号，通过力传感器的差异量程布置实现垂直撞击力的可靠测量，保证每个力传感器不超量程。最终实现对试验件坠撞力响应的测试。

如图1所示，满足该实验方法要求的大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力系统包括：实验件①、吊耳②、钢筋混凝土台面③、过渡框架④、单向力传感器⑤、底座框架⑥、地面固定安装板⑦、数据采集系统⑧和控制系统⑨组成。钢筋混凝土台面与过渡框架通过螺栓连接，实现固定支持。过渡框架和底座框架通过单向力传感器的上下安装面连接。通过连接面平面度和上下安装面平行度的控制，实现10个单向力传感器的均布受力，其中钢筋混凝土台面的下表面平面度不大于0.1，过渡框架上下表面平行度不大于0.1，单向力传感器安装垂直度不大于0.1，底座框架上下表面平行度不大于0.1。通过地脚螺栓将地面固定安装板固定在实验区域地基上，实现整个测力平台装置的固定支持。

如图2所示，钢筋混凝土台面包括钢框A1和钢筋混凝土A2两部分，钢框起到预制作用，实现台面的一体成型，钢筋混凝土设计参数参考飞机机场跑道建设相关标准，强度等级不低于C30，台面总体尺寸为4m×6m。如图3所示，过渡框架两侧设计B1～B6六个支撑板，通过螺栓与钢筋混凝土台面连接，实现对钢筋混凝土台面外伸部分的支撑，能有效提高测力装置系统的一阶固有频率到120Hz。如图4所示，单向力传感器通过上安装面D1与过渡框架连接，通过下安装面D2与底座框架连接，传感器安装后过渡框架下表面与底座框架上表面间平行度不大于0.1。测力装置中共布置10个单向力传感器(C1～C10)，总量程为240吨。其中C5和C6的量程为60吨，C1、C3、C4、C7、C8 和C10的量程为10吨，C2、C9的量程为30吨。

当实验件以一定速度垂直撞击测力平台钢筋混凝土台面后，撞击力通过钢筋混凝土台面传递给过渡框架，再通过过渡框架传递给10个单向力传感器，单向力传感器的力响应信号通过数据采集系统传输至控制系统电脑中，实现实验件坠撞力响应信号的测量和采集。

本发明提出了一种大尺寸高量程钢筋混凝土台面测力装置、系统和方法，基于该实验系统和方法可测试真实机场跑道地面环境下飞机结构的坠撞冲击力，且该实验装置可靠性高、可操作性强、适用范围广。