工程結構中拉剪、壓剪復合加載試驗方法探討

■ 南京航空航天大學航空宇航學院    汪勇  湯劍飛

[摘  要] 本文對工程結構中拉剪、壓剪試驗方法進行了綜述和分析，并針對實現航空結構中，平板和加筋板等典型受力構件的拉剪、壓剪復合受力試驗這一技術難題，對現有的幾種試驗方法進行了分析和研究，認為以現有的試驗方法很難方便的實現拉剪、壓剪復合加載試驗。為解決這一技術難題，本文提出一種結構簡便，可在普通材料試驗機實現拉剪、壓剪復合受力試驗的方案，并就這一方案對試驗夾具的基本組成原理和載荷的分配與合成進行了分析和討論。通過試驗研究與分析，認為這一試驗方案*可行。
[關鍵詞] 拉剪  壓剪  復合加載  試驗方案  試驗裝置

1  引言
在工程結構中，有很多材料與結構在使用中常處于拉/壓力和剪力的同時作用下，如何通過試驗來再現結構的實際承載情況，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、混凝土結構中的剪力墻等，在實際的應用中常處于壓剪或拉剪復合載荷的作用下。在航空、航天、航海工程結構中，平板和加筋板為典型受力構件，它們都處于單向拉伸、壓縮和剪切復合受力狀態，而這一類構件在拉剪、壓剪復合受力下的穩定性和強度是結構力學中的重要研究課題。特別是在現代飛行器設計中，必須研究蒙皮等薄壁結構在復雜載荷下的強度問題，迫切需要在實驗室中實現這種載荷狀態，來考核材料的強度，為下一步的理論建立做準備。
*以來，對于這一類構件實現拉剪、壓剪復合加載是十分困難的。目前可以采用多通道協調加載系統或多軸試驗機和輔助夾具來實現，但由于這些設備價格昂貴，加之實現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現板的拉剪和壓剪試驗，但是該方法適用于板的穩定性試驗，在強度試驗中，試驗成本較高，且不能達到滿意的效果。
在平板和加筋板結構的壓剪穩定性試驗中，也可以通過一些復雜的加載裝置來實現。但用于強度試驗則效果不佳，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裝置上，同時實現不同比例的拉剪和壓剪試驗是十分困難的。為解決這一問題，本文在對上述幾種試驗方案分別進行了研究和分析的基礎上提出了一種可在普通試驗機上實現對平板同步協調施加拉剪、壓剪復合載荷的試驗方案。