技术摘要：
一种结构自由振动的动‑静剪力卸载起振装置，包括动‑静加载活塞、双向液压油缸、反力刚架、剪切T型构件、剪切凹型构件、拉拔销钉、拉拔器支座、电动快速拉拔器、拉拔器调节滑轨、拉拔器连杆、压力传感器、激光挠度仪、被测试件、可滑动支座、波形拾振器、动态数据采集  全部
背景技术：
为了对结构的振动挠度、振动频率、振动模态等数据进行实验分析，往往需要大型 的实验室起振装置，而现有的起振设备往往是使结构按照一定频率产生受迫振动，而很难 实现结构的自由振动，而结构的自由振动状态更能够真实准确的反映结构的力学指标及其 健康状态。现有的实验设备很难真正的实现结构的自由振动，且也无法控制结构自由振动 的初始力或初始位移。 目前结构振动测试较常用的结构动态试验采集系统(MTS)，其使结构起振往往是 通过采用大功率伺服泵站及动态加载作动器相结合实现的，其试验过程是试验试件首先受 作动器控制产生固定波形的受迫振动，然后在将作动器的作动力快速撤出从而使结构产生 在这一波形作用下的自由振动。采用这种加载方式进行振动试验，不仅设备价值昂贵(约千 万元)，且使试样产生自由振动的应力及位移也受到很大的限制，不能完全反应试件自身的 力学特性。因此，提出一种结构自由振动的动-静剪力卸载起振装置及使用方法尤为重要。
技术实现要素：
为了克服以上现有技术的不足，本发明提供了一种结构自由振动的动-静剪力卸 载起振装置及使用方法。本发明所采用的技术方案是采用瞬间剪力或位移卸载引起结构振 动的原理，这种方法可瞬间释放作用在结构上力或位移促使结构产生自由振动。这种实验 装置大大提高了结构振动实验测试数据的可靠性。 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种结构自由振动的动-静剪力卸载起振装置，包括反力刚架、可滑动支座、剪切T 型构件及剪切凹型构件，所述可滑动支座滑动安装于地面上，可滑动支座上表面设置有被 测试件，被测试件外表面上安装有多个波形拾振器，波形拾振器输出端与动态数据采集仪 输入端连接，动态数据采集仪输出端与计算机输入端相连，被测试件上表面中心处设置有 剪切凹型构件，所述剪切凹型构件位于剪切T型构件的正下方，剪切凹型构件与剪切T型构 件上对应设置剪切孔，且剪切T型构件开设有剪切孔部分伸入的剪切凹型构件的凹槽内，两 者通过安装于剪切孔内的销钉相对固定，剪切凹型构件外表面对称安装有拉拔器支座，拉 拔器支座上设置有电动快速拉拔器，所述反力刚架固定安装于地面上，反力刚架中心处安 装有双向液压油缸，双向液压油缸的动-静加载活塞一端伸出反力刚架设置，另一端底部固 定安装有压力传感器，双向液压油缸的进出油口分别通过管路与伺服液压泵连接，所述反 力刚架上安装有两个拉拔器调节滑轨，两个拉拔器调节滑轨相对于双向液压油缸对称设 置，拉拔器调节滑轨与电动快速拉拔器分别与拉拔器连杆两端铰接，所述反力支架上设置 5 CN 111579186 A 说　明　书 2/8 页 有激光挠度仪，激光挠度仪与被测试件对应设置。 所述剪切孔为等直径剪切孔或锥形剪切孔，当剪切T型构件和剪切凹型构件上设 置的剪切孔为等直径剪切孔时，两者通过安装于等直径剪切孔内的剪切销钉相对固定；当 剪切T型构件和剪切凹型构件上设置的剪切孔为锥形剪切孔时，两者通过安装于锥形剪切 孔内的拉拔销钉相对固定。 一种结构自由振动的动-静剪力卸载起振装置的使用方法，包括以下步骤： 步骤1：将被测试件安放于可滑动支座上，调整装置各个构件的位置，保证动-静加 载活塞、压力传感器、剪切T型构件、剪切凹型构件及被测试件中心对正，并使剪切凹型构件 与被测试件紧密贴合； 步骤2：按照实验设计要求，进行静态加载实验、动态冲击加载实验或动-静组合加 载实验；静态加载试验是指直接利用伺服液压泵向双向液压油缸内注入压力液体，由压力 液体对动-静加载活塞施加静力，并依次通过剪切T型构件及剪切凹型构件传递至被测试件 的加载方式；动态冲击加载是指利用重物冲击动-静加载活塞，使冲击荷载依次通过剪切T 型构件及剪切凹型构件传递至被测试件的加载方式；动静组合加载试验是指采用静态加载 与动态冲击加载联合作用于被测试件的加载方式； 步骤3：确定起振方式并进行实验， 当进行静态加载实验时： 若采用剪力卸载方式起振，首先需根据起振荷载通过剪切应力计算公式计算确定 剪切销钉的尺寸及数量；其次将确定尺寸和确定数量的剪切销钉穿入剪切T型构件和剪切 凹型构件连通的等直径剪切孔内；最后启动伺服液压泵，动-静加载活塞在液压油的作用下 向下移动压紧剪切T型构件，当加载力达到实验时的预定值时，剪切销钉将突然发生剪切破 坏，此时剪切T型构件落入剪切凹型构件的凹槽中，加载力瞬间被卸载，从而引起被测试件 的自由振动；通过波形拾振器将拾取的波形数据传递给动态数据采集仪，然后通过动态数 据采集仪将数据传输至计算机； 若采用固定挠度方式起振，首先根据起振的位移值通过剪切应力计算公式计算确 定拉拔销钉的最小直径；其次将确定后的拉拔销钉穿入穿入剪切T型构件和剪切凹型构件 连通的锥形剪切孔内，并使电动快速拉拔器的卡钳夹紧拉拔销钉的端部；最后，启动伺服液 压泵，动-静加载活塞在液压油的作用下向下移动压紧剪切T型构件，当激光挠度仪检测到 对被测试件加载至预定挠度时，启动电动快速拉拔器，拉拔器连杆沿着拉拔器调节滑轨向 两端移动，迅速将拉拔销钉从剪切T型构件和剪切凹型构件中拔出，此时剪切T型构件落入 剪切凹型构件的凹槽中，被测试件所受位移瞬间被卸载，从而引起被测试件的自由振动；通 过波形拾振器将拾取的波形数据传递给动态数据采集仪，然后通过动态数据采集仪将数据 传输至计算机； 当进行动态冲击加载实验时： 若采用剪力卸载方式起振，首先需根据起振荷载通过剪切应力计算公式计算确定 剪切销钉的尺寸及数量；其次将确定尺寸和确定数量的剪切销钉穿入剪切T型构件和剪切 凹型构件连通的等直径剪切孔内；最后通过重物瞬间下落冲击动-静加载活塞向下移动冲 击剪切T型构件，剪切销钉将突然发生剪切破坏，此时剪切T型构件落入剪切凹型构件的凹 槽中，加载力瞬间被卸载，从而引起被测试件的自由振动；通过波形拾振器将拾取的波形数 6 CN 111579186 A 说　明　书 3/8 页 据传递给动态数据采集仪，然后通过动态数据采集仪将数据传输至计算机； 当采用动静组合加载试验时： 若采用剪力卸载方式起振，首先需根据起振荷载通过剪切应力计算公式计算确定 剪切销钉的尺寸及数量；其次将确定尺寸和确定数量的剪切销钉穿入剪切T型构件和剪切 凹型构件连通的等直径剪切孔内；最后启动伺服液压泵，动-静加载活塞在液压油的作用下 向下移动压紧剪切T型构件，到达预设静力值后，通过重物瞬间下落冲击动-静加载活塞，剪 切销钉将突然发生剪切破坏，此时剪切T型构件落入剪切凹型构件的凹槽中，加载力瞬间被 卸载，从而引起被测试件的自由振动；通过波形拾振器将拾取的波形数据传递给动态数据 采集仪，然后通过动态数据采集仪将数据传输至计算机； 若采用固定挠度方式起振，首先根据起振的位移值通过剪切应力计算公式计算确 定拉拔销钉的最小直径；其次将确定后的拉拔销钉穿入穿入剪切T型构件和剪切凹型构件 连通的锥形剪切孔内，并使电动快速拉拔器的卡钳夹紧拉拔销钉的端部；最后启动伺服液 压泵，动-静加载活塞在液压油的作用下向下移动压紧剪切T型构件，到达预设挠度后，通过 重物瞬间下落冲击动-静加载活塞向下移动冲击剪切T型构件，并同时启动电动快速拉拔 器，拉拔器连杆沿着拉拔器调节滑轨向两端移动，迅速将拉拔销钉从剪切T型构件和剪切凹 型构件中拔出，此时剪切T型构件落入剪切凹型构件的凹槽中，被测试件所受位移瞬间被卸 载，从而引起被测试件的自由振动；通过波形拾振器将拾取的波形数据传递给动态数据采 集仪，然后通过动态数据采集仪将数据传输至计算机； 步骤4，分别采集被测试件在不同起振应力或起振挠度下各测点的波形振幅与频 率、各测点的内部应力值与应变值及总体挠度值，通过对实验数据处理，可分析被测试件各 阶模态振动曲线从而得出被测构件在振动过程中的固有频率、阻尼比、模态振型及应力-应 变曲线，统计各组全部实验分析结果，并总结被测试件的内部损伤情况、被测试件的健康数 据，并结合不同行业相关规范，确定实验被测试件的剩余使用寿命。 步骤3所述的重物冲击加载是采用上方的重物释放的加载方式进行加载，重物冲 击加载分为两种情况：第一种是利用刚性重物进行加载，通过不同形状的刚性重物瞬间下 落引起不同的动态加载波形；第二种是利用弹性橡胶重物进行加载，通过弹性橡胶重物瞬 间下落引起不同的动态加载波形。 本发明的有益效果为： 1、本发明装置的实验方式直接改变了传统的实验方法，直接将传统的试验件被动 振动变为试验件的主动振动，从而消除了传统实验方法中由于实验机动载作动器自身的作 动频率给实验结果带来的干扰，从而实验结果直接体现了试验件自身的固有力学属性。通 过采用瞬间剪力或位移卸载引起结构振动的原理，这种方法可瞬间释放作用在结构上力或 位移促使结构产生自由振动。这种实验装置大大提高了结构振动实验测试数据的可靠性。 2、根据所需试验需求，本发明装置可进行静态加载实验、动态冲击加载实验或动- 静组合加载实验，以达到加载方式灵活多样、振动方式灵活多样、测试数据准确可靠、试验 成本低廉等目的。 3、由于此类实验中，实验所需时间往往需耗费4-6小时，被测试件格式为上百了， 采用本发明装置及方法，单组实验仅需0.5小时，试验效率将大大提高，因此将为此类实验 极大的降低人工成本、时间成本及动力成本，带来巨大的经济效益。 7 CN 111579186 A 说　明　书 4/8 页 附图说明 图1为本发明的结构自由振动实验的动-静组合卸载起振装置的结构示意图； 图2为剪力卸载方式起振构件结构示意图； 图3为固定挠度方式起振构件结构示意图； 图4为剪切凹型构件剪切孔布置示意图； 图5为剪切T型构件剪切孔布置示意图； 1-动-静加载活塞，2-双向液压油缸，3-反力刚架，4-剪切T型构件，5-剪切凹型构 件，6-拉拔销钉，7-拉拔器支座，8-电动快速拉拔器，9-拉拔器调节滑轨，10-拉拔器连杆， 11-压力传感器，12-激光挠度仪，13-被测试件，14-可滑动支座，15-波形拾振器，16-动态数 据采集仪，17-计算机，18-伺服液压泵。