一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法与流程

1.本发明属于被动热成像无损检测领域，具体涉及一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法。


背景技术：

2.摆锤冲击试验装置是指利用摆锤的重力势能转化为冲击瞬间的动能，进行被检结构冲击研究的试验装置，通常由摆锤旋转轴、触发开关、摆杆、冲击能量可调的摆锤、夹具和平台支架等部分组成。传统的摆锤冲击试验装置通常仅能实现冲击的功能，即对被检结构造成定冲击能量或者变冲击能量的冲击损伤，主要适用于较小尺寸、轻质样品试验件的冲击测试。
3.然而，在航空航天结构材料无损检测领域，若采用被动红外热成像方法检测冲击损伤，则必须在冲击瞬间进行红外热成像。因此，通过传统的摆锤冲击试验装置无法实现被动热成像检测结构冲击损伤检测，必须对传统的摆锤冲击试验装置进行改进，实现被动热成像检测冲击损伤和评估含损伤航空航天结构材料抗冲击能力的功能。
4.当前，亟需发展一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验方法，以克服现有技术的缺陷。
6.本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特点是，所述的摆锤冲击试验装置包括l型的平台支架；在平台支架的竖直板上固定摆锤旋转轴和套筒，套筒内插入滑杆，滑杆在套筒内沿套筒的中心轴线滑动，滑杆通过触发开关触发，具有伸出状态和收缩状态；摆杆平行于竖直板，摆杆的固定端固定在摆锤旋转轴的侧壁，摆杆的悬空端固定摆锤，摆锤上固定用于调节摆锤重量的摆锤配重块；摆锤的下表面固定摆锤头，摆锤头的前端为尖锥；在平台支架的水平板上固定t型的夹具和红外热像仪底座；夹具的水平段固定在水平板的上表面，夹具的竖直段装夹并固定被测件；红外热像仪底座上固定红外热像仪，红外热像仪朝向被测件拍摄；红外热像仪上设置有同步器，在滑杆收缩时，进行同步拍摄。
7.进一步地，所述的滑杆的材质为轻质复合材料，表面粗糙度小于6.4；滑杆的触发开关为电磁开关或者机械开关。
8.进一步地，所述的摆杆的固定端通过螺纹连接方式固定在摆锤旋转轴的侧壁上。
9.进一步地，所述的摆锤和摆锤配重块的材质均为不锈钢；摆锤配重块包含若干个摆锤配重块，各摆锤配重块重量相同、堆叠使用。
10.进一步地，所述的摆锤头的材质为不锈钢。
11.进一步地，所述的夹具的水平段通过沿周向分布的螺栓固定在水平板的上表面；
被测件通过沿周向分布的螺栓固定在夹具的竖直段。
12.进一步地，所述的红外热像仪通过快装板固定在红外热像仪底座上。
13.进一步地，所述的平台支架为焊接件，竖直板和水平板焊接固定。
14.本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验方法，包括以下步骤：s10.首先将被测件通过螺栓安装到夹具上；s20.根据检测需要的冲击能量调整摆锤配重块的数量；s30.将滑杆置于伸出状态时，摆杆搭接在滑杆的上方，摆锤悬空；s40.打开触发开关，滑杆收缩至套筒内；在重力势能作用下，摆锤绕摆锤旋转轴沿圆弧旋转下落，摆锤头冲击被测件，被测件遭受能量瞬间冲击后，出现内部或外部损伤，释放热量；s50.触发开关打开时，红外热像仪通过同步器同时打开，拍摄被测件的红外热图像；s60.通过红外热图像获得温度数据，得到被测件的冲击损伤状况，对损伤状况进行分析，评估被测件的抗冲击能力。
15.本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法能够在线监测航空航天结构材料在冲击过程中的生热效应，评估航空航天结构材料的抗冲击特性，从而为航空航天结构材料抗冲击特性的改进性设计提供试验支撑。本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法，能够适用于中等到大型的航空航天结构材料试验件或结构件冲击测试，同时也是一种基于生热效应的抗冲击特性可视化评估试验方法，评估效率更高。
16.简而言之，本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法通过在传统的摆锤冲击试验装置上集成红外热像仪，进行同步热成像，建立了不同能量条件下的冲击及检测试验研究平台，实现了被动热成像检测冲击损伤和含损伤航空航天结构材料抗冲击能力评估。
附图说明
17.图1为本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置的立体图；图2为本发明的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置的主视图。
18.图中，1.摆锤旋转轴；2.滑杆；3.套筒；4.摆杆；5.摆锤配重块；6.摆锤；7.摆锤头；8.螺栓；9.夹具；10.红外热像仪底座；11.红外热像仪；12.被测件；13.平台支架。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
20.实施例1：如图1、图2所示，本实施例的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，包括l型的平台支架13；在平台支架13的竖直板上固定摆锤旋转轴1和套筒3，套筒3内插入滑杆2，滑杆2在套筒3内沿套筒3的中心轴线滑动，滑杆2通过触发开关触发，具有伸出状态和收缩状态；摆杆4平行于竖直板，摆杆4的固定端固定在摆锤旋转轴1的侧壁，摆杆4的悬空端固定摆锤6，
摆锤6上固定用于调节摆锤6重量的摆锤配重块5；摆锤6的下表面固定摆锤头7，摆锤头7的前端为尖锥；在平台支架13的水平板上固定t型的夹具9和红外热像仪底座10；夹具9的水平段固定在水平板的上表面，夹具9的竖直段装夹并固定被测件12；红外热像仪底座10上固定红外热像仪11，红外热像仪11朝向被测件12拍摄；红外热像仪11上设置有同步器，在滑杆2收缩时，进行同步拍摄。
21.进一步地，所述的滑杆2的材质为轻质复合材料，表面粗糙度小于6.4；滑杆2的触发开关为电磁开关或者机械开关。
22.进一步地，所述的摆杆4的固定端通过螺纹连接方式固定在摆锤旋转轴1的侧壁上。
23.进一步地，所述的摆锤6和摆锤配重块5的材质均为不锈钢；摆锤配重块5包含若干个摆锤配重块5，各摆锤配重块5重量相同、堆叠使用。
24.进一步地，所述的摆锤头7的材质为不锈钢。
25.进一步地，所述的夹具9的水平段通过沿周向分布的螺栓8固定在水平板的上表面；被测件12通过沿周向分布的螺栓8固定在夹具9的竖直段。
26.进一步地，所述的红外热像仪11通过快装板固定在红外热像仪底座10上。
27.进一步地，所述的平台支架13为焊接件，竖直板和水平板焊接固定。
28.本实施例的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验方法，包括以下步骤：s10.首先将被测件12通过螺栓8安装到夹具9上；s20.根据检测需要的冲击能量调整摆锤配重块5的数量；s30.将滑杆2置于伸出状态时，摆杆4搭接在滑杆2的上方，摆锤6悬空；s40.打开触发开关，滑杆2收缩至套筒3内；在重力势能作用下，摆锤6绕摆锤旋转轴1沿圆弧旋转下落，摆锤头7冲击被测件12，被测件12遭受能量瞬间冲击后，出现内部或外部损伤，释放热量；s50.触发开关打开时，红外热像仪11通过同步器同时打开，拍摄被测件12的红外热图像；s60.通过红外热图像获得温度数据，得到被测件12的冲击损伤状况，对损伤状况进行分析，评估被测件12的抗冲击能力。
29.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的摆锤冲击试验装置包括l型的平台支架（13）；在平台支架（13）的竖直板上固定摆锤旋转轴（1）和套筒（3），套筒（3）内插入滑杆（2），滑杆（2）在套筒（3）内沿套筒（3）的中心轴线滑动，滑杆（2）通过触发开关触发，具有伸出状态和收缩状态；摆杆（4）平行于竖直板，摆杆（4）的固定端固定在摆锤旋转轴（1）的侧壁，摆杆（4）的悬空端固定摆锤（6），摆锤（6）上固定用于调节摆锤（6）重量的摆锤配重块（5）；摆锤（6）的下表面固定摆锤头（7），摆锤头（7）的前端为尖锥；在平台支架（13）的水平板上固定t型的夹具（9）和红外热像仪底座（10）；夹具（9）的水平段固定在水平板的上表面，夹具（9）的竖直段装夹并固定被测件（12）；红外热像仪底座（10）上固定红外热像仪（11），红外热像仪（11）朝向被测件（12）拍摄；红外热像仪（11）上设置有同步器，在滑杆（2）收缩时，进行同步拍摄。2.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的滑杆（2）的材质为轻质复合材料，表面粗糙度小于6.4；滑杆（2）的触发开关为电磁开关或者机械开关。3.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的摆杆（4）的固定端通过螺纹连接方式固定在摆锤旋转轴（1）的侧壁上。4.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的摆锤（6）和摆锤配重块（5）的材质均为不锈钢；摆锤配重块（5）包含若干个摆锤配重块（5），各摆锤配重块（5）重量相同、堆叠使用。5.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的摆锤头（7）的材质为不锈钢。6.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的夹具（9）的水平段通过沿周向分布的螺栓（8）固定在水平板的上表面；被测件（12）通过沿周向分布的螺栓（8）固定在夹具（9）的竖直段。7.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的红外热像仪（11）通过快装板固定在红外热像仪底座（10）上。8.根据权利要求1的所述的一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置，其特征在于，所述的平台支架（13）为焊接件，竖直板和水平板焊接固定。9.一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验方法，其为权利要求1~权利要求8中任意一项所述的用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：s10.首先将被测件（12）通过螺栓（8）安装到夹具（9）上；s20.根据检测需要的冲击能量调整摆锤配重块（5）的数量；s30.将滑杆（2）置于伸出状态时，摆杆（4）搭接在滑杆（2）的上方，摆锤（6）悬空；s40.打开触发开关，滑杆（2）收缩至套筒（3）内；在重力势能作用下，摆锤（6）绕摆锤旋转轴（1）沿圆弧旋转下落，摆锤头（7）冲击被测件（12），被测件（12）遭受能量瞬间冲击后，出现内部或外部损伤，释放热量；s50.触发开关打开时，红外热像仪（11）通过同步器同时打开，拍摄被测件（12）的红外热图像；
s60.通过红外热图像获得温度数据，得到被测件（12）的冲击损伤状况，对损伤状况进行分析，评估被测件（12）的抗冲击能力。

技术总结
本发明属于被动红外热成像检测领域，公开了一种用于被动热成像检测的摆锤冲击试验装置和试验方法。试验装置在平台支架的竖直板上固定摆锤旋转轴和套筒，套筒内插入滑杆，滑杆能够伸出和收缩；摆杆的一端固定在摆锤旋转轴的侧壁，另一端固定摆锤，摆锤上固定摆锤配重块；摆锤上固定摆锤头，摆锤头的前端为尖锥；水平板上固定T型的夹具和红外热像仪；夹具的水平段固定在水平板的上表面，夹具的竖直段装夹并固定被测件；红外热像仪朝向被测件拍摄。试验方法在滑杆收缩时，摆锤绕摆锤旋转轴沿圆弧旋转下落，摆锤头冲击被测件，红外热像仪同步拍摄。试验装置和试验方法通过红外热像仪进行同步热成像，建立了不同能量条件下的冲击及检测试验平台。测试验平台。测试验平台。


技术研发人员：李胤 刘博文 陈万华
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：2023.09.04
技术公布日：2023/10/11