梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法，包括以下步驟：設(shè)以中性層為對稱中心的兩個表面為a表面與b表面，在a表面和b表面安裝應(yīng)變傳感器；測量各點應(yīng)變值；求解a表面和b表面的應(yīng)變分布函數(shù)，提取拉伸、彎曲應(yīng)變分量，分別求解拉伸變形場和彎曲變形場，求解復(fù)合變形場。本方法在待測梁形結(jié)構(gòu)對稱兩側(cè)分別安裝應(yīng)變傳感器，通過拉伸與彎曲時對梁所產(chǎn)生的不同應(yīng)變效應(yīng)，分別提取拉伸分量和彎曲分量，從而可以獨(dú)立地解算結(jié)構(gòu)的拉伸變形和彎曲變形，最終形成復(fù)合變形，將應(yīng)變傳感器固定于待測點上采集數(shù)據(jù)，因而不需要相機(jī)或位移傳感器安裝支架，同時也就徹底避免了支架變形、難于安裝等現(xiàn)場操作困難。
【專利說明】梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量【技術(shù)領(lǐng)域】的一種測量方法，具體涉及一種針對梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國“大型飛機(jī)”，“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”和“大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站”等相關(guān)重大專項的實施以及“油氣工程”，“海洋工程”等重大工程的開展，對大型設(shè)備梁形零部件在受力、熱載荷作用下產(chǎn)生的變形測量提出了前所未有的需求。如重型鏜銑床的立柱、重型龍門機(jī)床的橫梁、萬噸壓力成型機(jī)的大梁、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸、衛(wèi)星天線支架等關(guān)鍵部件均可視為梁形零部件，在力、熱載荷作用下發(fā)生的變形將嚴(yán)重影響機(jī)床加工精度、汽輪機(jī)壽命、衛(wèi)星信號發(fā)射方向，造成嚴(yán)重后果。
[0003]結(jié)構(gòu)件變形的傳統(tǒng)測量方法是在某一不變的基座上安裝千分表、電渦流位移傳感器、霍爾位移傳感器、激光位移傳感器等位移測量設(shè)備，通過監(jiān)測結(jié)構(gòu)件表面某點相對基座的位置變化來推測物體的變形情況。通過大量布置位移傳感器可以增強(qiáng)推測效果，獲得較為完備的物體空間變形情況。但是該方法也存在以下幾個問題:
[0004]一、在進(jìn)行測量之前，必須尋找一個統(tǒng)一且位置不變的位移測量基準(zhǔn)支架，用于安裝位移傳感器。隨著待測結(jié)構(gòu)件的增大，用于安裝位移傳感器的基準(zhǔn)支架也需相應(yīng)增大。大型支架本身受環(huán)境溫度、氣流等影響會發(fā)生變形，從而帶動位移傳感器運(yùn)動，造成嚴(yán)重的測
量誤差。
[0005]二、在很多受結(jié)構(gòu)空間限制的地方，不適合安裝統(tǒng)一的位移傳感器基準(zhǔn)支架，因此該方法也不能適用。
[0006]三、在用位移傳感器對結(jié)構(gòu)件變形進(jìn)行測量時，一個位移傳感器只能監(jiān)測物體對應(yīng)點朝某一方向的位移，很難了解結(jié)構(gòu)件變形的全貌。如果想要獲得更多點的變形信息，必須安裝多個位移傳感器，這又增加了測量的復(fù)雜度和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法，能夠有效解決傳統(tǒng)測量中難以安裝基準(zhǔn)、基準(zhǔn)變形、以及多點測量困難等問題，滿足制造業(yè)對梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的測量需求。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法，待測梁形結(jié)構(gòu)有一縱向?qū)ΨQ面且彎曲與拉伸變形發(fā)生在此面內(nèi)，其特征在于:它包括以下步驟:
[0009]第一步、安裝應(yīng)變傳感器:
[0010]在縱向?qū)ΨQ面上建立坐標(biāo)軸，以待測梁形結(jié)構(gòu)的中性層與縱向?qū)ΨQ面的交線作為橫坐標(biāo)X軸，在待測梁形結(jié)構(gòu)的一端建立與X軸垂直的縱坐標(biāo)W軸，X軸為拉伸方向，W軸為彎曲方向；設(shè)以中性層為對稱中心的兩個表面為a表面與b表面,在a表面與b表面上分別沿X軸方向安裝若干個應(yīng)變傳感器，分別記為Ua(X1), Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(χη)}
與{ Σb (X1)，Σb (x2)，Σb (Xi)，...Zb (χη)}，其中{ Σ a (X1)，Σ a(x2)，Σ a(Xi)，...Σ3 (xn)}
代表a表面上安裝在橫坐標(biāo)為Ix1, x2, Xi,...xn}位置的η個應(yīng)變傳感器；Ub(Xl)，Σ,(χ2), Xb(Xi),...Σ, (Χη)}代表b表面上安裝在橫坐標(biāo)為Ix1, x2，Xi，…xj位置的η個應(yīng)變傳感器；
[0011]第二步、測量各點應(yīng)變值:
[0012]設(shè)待測梁形結(jié)構(gòu)上2η個應(yīng)變傳感器測量的應(yīng)變初始值為O ;
[0013]待待測梁形結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后，利用安裝好的應(yīng)變傳感器測量各個測點的應(yīng)變值，記為(Sa(X1), ea(x2), Ea(Xi),...ε a (χη)}與{ Sb(X1), εb(x2), ε b (Xi) ,...ε b(xn) },其中{ Ea(X1), ε a(x2) , ε a(Xi) ,...ε a(xn) }代表a表面n個應(yīng)變傳感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Za(Xi),...Σ3(χη)}采集的應(yīng)變值，{ eb(Xl)，eb(x2)，Sb(Xi),...eb(xn)}代表b表面η個應(yīng)變傳感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(Χη)}采集的應(yīng)變值；
[0014]第三步、求解a表面和b表面的應(yīng)變分布函數(shù):
[0015]分別對兩組離散數(shù)據(jù){ea(Xl)，ea(x2),ea(Xi),...ea(xn)}與Ieb(X1), eb(x2), ^b(Xi),...eb (Xn)}進(jìn)行插值或擬合處理，獲得a表面和b表面的應(yīng)變分布函數(shù)O)與AW.?
[0016]第四步，提取拉伸、彎曲應(yīng)變分量:
[0017]利用第三步求得的兩個表面的應(yīng)變分布函數(shù)O)與求解其差模分量
【權(quán)利要求】
1.一種梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法，待測梁形結(jié)構(gòu)有一縱向?qū)ΨQ面且彎曲與拉伸變形發(fā)生在此面內(nèi)，其特征在于:它包括以下步驟: 第一步、安裝應(yīng)變傳感器: 在縱向?qū)ΨQ面上建立坐標(biāo)軸，以待測梁形結(jié)構(gòu)的中性層與縱向?qū)ΨQ面的交線作為橫坐標(biāo)X軸，在待測梁形結(jié)構(gòu)的一端建立與X軸垂直的縱坐標(biāo)W軸，X軸為拉伸方向，W軸為彎曲方向；設(shè)以中性層為對稱中心的兩個表面為a表面與b表面,在a表面與b表面上分別沿X軸方向安裝若干個應(yīng)變傳感器，分別記為Ua(X1), Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(χη)}與{ Σb (X1)，Σb (x2)，Σb (Xi)，...Zb (χη)}，其中{ Σ a (X1)，Σ a(x2)，Σ a(Xi)，...Σ3 (xn)}代表a表面上安裝在橫坐標(biāo)為Ix1, x2, Xi,...xn}位置的η個應(yīng)變傳感器；Ub(Xl)，Σ,(χ2), Xb(Xi),...Σ, (Χη)}代表b表面上安裝在橫坐標(biāo)為Ix1, x2，Xi，…xj位置的η個應(yīng)變傳感器； 第二步、測量各點應(yīng)變值: 設(shè)待測梁形結(jié)構(gòu)上2η個應(yīng)變傳感器測量的應(yīng)變初始值為O ; 待待測梁形結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后，利用安裝好的應(yīng)變傳感器測量各個測點的應(yīng)變值，記為(Sa(X1), ea(x2), Ea(Xi),...ε a (χη)}與{ Sb(X1), ε b(X2), ε b (Xi) ,...ε b (χη) },其中(Eii(X1), ea(x2), ea(Xi)，...ε a (χη) }代表a表面η個應(yīng)變傳感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Za(Xi),...Σ3(χη)}采集的應(yīng)變值，{ eb(Xl)，eb(x2)，Sb(Xi),...eb(xn)}代表b表面η個應(yīng)變傳感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(Χη)}采集的應(yīng)變值； 第三步、求解a表面和b表面的應(yīng)變分布函數(shù): 分別對兩組離散數(shù)據(jù){ Sa(X1), ea(x2)，ea(Xi)，...ea(xn)}與Ieb(X1), eb(x2), ^b(Xi),...eb (Xn)}進(jìn)行插值或擬合處理，獲得a表面和b表面的應(yīng)變分布函數(shù)?⑴與之 第四步，提取拉伸、彎曲應(yīng)變分量: 利用第三步求得的兩個表面的應(yīng)變分布函數(shù)匕W與求解其差模分量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法，其特征在于:所述第三步中的插值處理是多項式插值法、Newton插值法、拉格朗日插值法、Hermite插值法、分段插值法、樣條函數(shù)插值法中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁形結(jié)構(gòu)拉伸彎曲復(fù)合變形場的無基準(zhǔn)分布式測量方法，其特征在于:所述第 三步中的擬合處理是最小二乘法或回歸逼近法。
【文檔編號】G01B21/32GK103994747SQ201410241171
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉繄, 劉明堯, 周祖德, 陳明 申請人:武漢理工大學(xué)