工程結(jié)構(gòu)中拉剪、壓剪復(fù)合加載試驗(yàn)方法探討

■ 南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院    汪勇  湯劍飛

[摘  要] 本文對工程結(jié)構(gòu)中拉剪、壓剪試驗(yàn)方法進(jìn)行了綜述和分析，并針對實(shí)現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)中，平板和加筋板等典型受力構(gòu)件的拉剪、壓剪復(fù)合受力試驗(yàn)這一技術(shù)難題，對現(xiàn)有的幾種試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析和研究，認(rèn)為以現(xiàn)有的試驗(yàn)方法很難方便的實(shí)現(xiàn)拉剪、壓剪復(fù)合加載試驗(yàn)。為解決這一技術(shù)難題，本文提出一種結(jié)構(gòu)簡便，可在普通材料試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)拉剪、壓剪復(fù)合受力試驗(yàn)的方案，并就這一方案對試驗(yàn)夾具的基本組成原理和載荷的分配與合成進(jìn)行了分析和討論。通過試驗(yàn)研究與分析，認(rèn)為這一試驗(yàn)方案*可行。
[關(guān)鍵詞] 拉剪  壓剪  復(fù)合加載  試驗(yàn)方案  試驗(yàn)裝置

1  引言
在工程結(jié)構(gòu)中，有很多材料與結(jié)構(gòu)在使用中常處于拉/壓力和剪力的同時作用下，如何通過試驗(yàn)來再現(xiàn)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載情況，是一件困難而十分有意義的研究。如在土木工程中的橋梁的減震墊、薄壁箱式梁、混凝土結(jié)構(gòu)中的剪力墻等，在實(shí)際的應(yīng)用中常處于壓剪或拉剪復(fù)合載荷的作用下。在航空、航天、航海工程結(jié)構(gòu)中，平板和加筋板為典型受力構(gòu)件，它們都處于單向拉伸、壓縮和剪切復(fù)合受力狀態(tài)，而這一類構(gòu)件在拉剪、壓剪復(fù)合受力下的穩(wěn)定性和強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的重要研究課題。特別是在現(xiàn)代飛行器設(shè)計(jì)中，必須研究蒙皮等薄壁結(jié)構(gòu)在復(fù)雜載荷下的強(qiáng)度問題，迫切需要在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)這種載荷狀態(tài)，來考核材料的強(qiáng)度，為下一步的理論建立做準(zhǔn)備。
*以來，對于這一類構(gòu)件實(shí)現(xiàn)拉剪、壓剪復(fù)合加載是十分困難的。目前可以采用多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)或多軸試驗(yàn)機(jī)和輔助夾具來實(shí)現(xiàn)，但由于這些設(shè)備價(jià)格昂貴，加之實(shí)現(xiàn)過程中也有一定的難度，所以很少采用。
通過由板件和筋條組成的盒段通過彎扭可以實(shí)現(xiàn)板的拉剪和壓剪試驗(yàn)，但是該方法適用于板的穩(wěn)定性試驗(yàn)，在強(qiáng)度試驗(yàn)中，試驗(yàn)成本較高，且不能達(dá)到滿意的效果。
在平板和加筋板結(jié)構(gòu)的壓剪穩(wěn)定性試驗(yàn)中，也可以通過一些復(fù)雜的加載裝置來實(shí)現(xiàn)。但用于強(qiáng)度試驗(yàn)則效果不佳，尤其對于小尺寸試件而言。同時如壓剪比例變化，則要更換夾具，安裝技術(shù)要求高，使用不方便，制造成本也很高。
因此采用上述幾種方法在同一套試驗(yàn)裝置上，同時實(shí)現(xiàn)不同比例的拉剪和壓剪試驗(yàn)是十分困難的。為解決這一問題，本文在對上述幾種試驗(yàn)方案分別進(jìn)行了研究和分析的基礎(chǔ)上提出了一種可在普通試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)對平板同步協(xié)調(diào)施加拉剪、壓剪復(fù)合載荷的試驗(yàn)方案。