[发明专利]刚度测量系统

说明书

本发明提出一种刚度测量系统，包括：自调平法向加载装置、直线驱动力加载装置、滑块装置、光纤位移测量装置和视频图像采集装置，其中，滑块装置由上到下包括：上固定块、滑块试样和下固定块，其中，自调平法向加载装置，包括法向压力检测组件和法向压力组件，法向压力组件与下固定块连接，其中，直线驱动力加载装置包括切向压力组件和切向压力检测组件，切向压力组件与滑块试样的侧面固定连接，光纤位移测量装置测量接触界面的相对位移，视频图像采集装置采集接触界面的光斑图像。解决了传统测量中由于没有考虑真实接触状态变化导致界面切向刚度测量精度不高的问题。

技术领域

本发明设计刚度测量技术领域，尤其设计一种刚度测量系统。

背景技术

刚度是研究界面摩擦接触的重要考虑因素。在关节传递力的过程中，由于刚度的存在经常会产生震荡加载；通过摩擦进行载荷传递时，刚度会引起疲劳和磨损进而引起失效；目前仍无法准确表征接触界面产生的额外的刚度。在高精度装备中，要求更精确的预测系统动态响应，从动力学角度理解就是要更准确的表征刚度。

在20世纪中叶，Cattaneo和Mindlin提出法向和切向载荷下球体接触的预测模型。1955年Johnson通过实验研究证明了Mindlin的预测模型的有效性。1966年，Greenwood和Williamson认为粗糙接触中接触微凸体的数量和真实接触面积和载荷是正比例关系。Królikowski和Szczepek通过超声波测量了法向和切向刚度，验证了Greenwood和Williamson的模型，发现切向刚度主要取决于泊松比。2011年，Kartal通过实验验证切线刚度与接触面积正相关，并通过归一化的方法确定接触界面的切向刚度。2018年Barzrafshan通过实验验证了相同材料接触时切向力和法向力符合Cattaneo-Mindlin预测模型，并认为可对相近材料接触的耦合关系进行忽略处理。但不同材料接触时，法向力与切向力无法解耦，目前对其仍没有较好的解决方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种刚度测量系统，解决了传统测量中由于没有考虑真实接触状态变化导致界面切向刚度测量精度不高的问题。

为达上述目的，本发明实施例提出了一种刚度测量系统，包括自调平法向加载装置、直线驱动力加载装置、滑块装置、光纤位移测量装置和视频图像采集装置，其中，滑块装置由上到下包括：上固定块、滑块试样和下固定块，其中，自调平法向加载装置，包括法向压力检测组件和法向压力组件，法向压力组件与下固定块连接，其中，直线驱动力加载装置包括切向压力组件和切向压力检测组件，切向压力组件与滑块试样的侧面固定连接，其中，所述自调平法向加载装置，用于通过所述法向压力组件为所述滑块装置提供法向压力，并通过所述法向压力检测组件检测法向压力值；所述直线驱动力加载装置，用于通过所述切向压力组件为所述滑块试样提供切向力，并通过所述切向压力检测组件检测切向压力值；所述滑块装置，用于在所述自调平法向加载装置和所述直线驱动力加载装置作用下，使得所述滑块试样与所述上固定块和所述下固定块分别形成接触界面；所述光纤位移测量装置，用于采集所述滑块试样与所述下固定块间的界面相对位移；所述视频图像采集装置，用于在所述滑块试样和所述下固定块间的接触界面上形成光斑图像，并通过相机实时采集所述滑块试样与所述下固定块的光斑图像。

本发明的实施例中，所述法向压力组件包括：U型压块、弹簧组、下压块、两个滑块、两个导轨和两个挡板，其中，所述U型压块、所述滑块、所述弹簧组和所述下压块由上到下分布所述两个挡板的上边缘固定连接在所述刚度测量系统的上平台的底面，所述两个导轨分别固定在所述两个挡板的侧面上；所述下压块，与所述U型压块通过弹簧组固定连接；所述U型压块，与所述下固定块通过螺栓固定连接，并且所述U型压块两侧与所述滑块通过螺栓固定连接；所述滑块，在所述导轨形成的移动空间中上下滑动。