工程结构中拉剪、压剪复合加载试验方法探讨

工程结构中拉剪、压剪复合加载试验方法探讨

■ 南京航空航天大学航空宇航学院    汪勇  汤剑飞

[摘  要] 本文对工程结构中拉剪、压剪试验方法进行了综述和分析，并针对实现航空结构中，平板和加筋板等典型受力构件的拉剪、压剪复合受力试验这一技术难题，对现有的几种试验方法进行了分析和研究，认为以现有的试验方法很难方便的实现拉剪、压剪复合加载试验。为解决这一技术难题，本文提出一种结构简便，可在普通材料试验机实现拉剪、压剪复合受力试验的方案，并就这一方案对试验夹具的基本组成原理和载荷的分配与合成进行了分析和讨论。通过试验研究与分析，认为这一试验方案*可行。
[关键词] 拉剪  压剪  复合加载  试验方案  试验装置

1  引言
在工程结构中，有很多材料与结构在使用中常处于拉/压力和剪力的同时作用下，如何通过试验来再现结构的实际承载情况，是一件困难而十分有意义的研究。如在土木工程中的桥梁的减震垫、薄壁箱式梁、混凝土结构中的剪力墙等，在实际的应用中常处于压剪或拉剪复合载荷的作用下。在航空、航天、航海工程结构中，平板和加筋板为典型受力构件，它们都处于单向拉伸、压缩和剪切复合受力状态，而这一类构件在拉剪、压剪复合受力下的稳定性和强度是结构力学中的重要研究课题。特别是在现代飞行器设计中，必须研究蒙皮等薄壁结构在复杂载荷下的强度问题，迫切需要在实验室中实现这种载荷状态，来考核材料的强度，为下一步的理论建立做准备。
*以来，对于这一类构件实现拉剪、压剪复合加载是十分困难的。目前可以采用多通道协调加载系统或多轴试验机和辅助夹具来实现，但由于这些设备价格昂贵，加之实现过程中也有一定的难度，所以很少采用。
通过由板件和筋条组成的盒段通过弯扭可以实现板的拉剪和压剪试验，但是该方法适用于板的稳定性试验，在强度试验中，试验成本较高，且不能达到满意的效果。
在平板和加筋板结构的压剪稳定性试验中，也可以通过一些复杂的加载装置来实现。但用于强度试验则效果不佳，尤其对于小尺寸试件而言。同时如压剪比例变化，则要更换夹具，安装技术要求高，使用不方便，制造成本也很高。
因此采用上述几种方法在同一套试验装置上，同时实现不同比例的拉剪和压剪试验是十分困难的。为解决这一问题，本文在对上述几种试验方案分别进行了研究和分析的基础上提出了一种可在普通试验机上实现对平板同步协调施加拉剪、压剪复合载荷的试验方案。