梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法
【专利摘要】本发明提供梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法，包括以下步骤：设以中性层为对称中心的两个表面为a表面与b表面，在a表面和b表面安装应变传感器；测量各点应变值；求解a表面和b表面的应变分布函数，提取拉伸、弯曲应变分量，分别求解拉伸变形场和弯曲变形场，求解复合变形场。本方法在待测梁形结构对称两侧分别安装应变传感器，通过拉伸与弯曲时对梁所产生的不同应变效应，分别提取拉伸分量和弯曲分量，从而可以独立地解算结构的拉伸变形和弯曲变形，最终形成复合变形，将应变传感器固定于待测点上采集数据，因而不需要相机或位移传感器安装支架，同时也就彻底避免了支架变形、难于安装等现场操作困难。
【专利说明】梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量【技术领域】的一种测量方法，具体涉及一种针对梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法。
【背景技术】
[0002]随着我国“大型飞机”，“高档数控机床与基础制造装备”和“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”等相关重大专项的实施以及“油气工程”，“海洋工程”等重大工程的开展，对大型设备梁形零部件在受力、热载荷作用下产生的变形测量提出了前所未有的需求。如重型镗铣床的立柱、重型龙门机床的横梁、万吨压力成型机的大梁、汽轮机转轴、卫星天线支架等关键部件均可视为梁形零部件，在力、热载荷作用下发生的变形将严重影响机床加工精度、汽轮机寿命、卫星信号发射方向，造成严重后果。
[0003]结构件变形的传统测量方法是在某一不变的基座上安装千分表、电涡流位移传感器、霍尔位移传感器、激光位移传感器等位移测量设备，通过监测结构件表面某点相对基座的位置变化来推测物体的变形情况。通过大量布置位移传感器可以增强推测效果，获得较为完备的物体空间变形情况。但是该方法也存在以下几个问题:
[0004]一、在进行测量之前，必须寻找一个统一且位置不变的位移测量基准支架，用于安装位移传感器。随着待测结构件的增大，用于安装位移传感器的基准支架也需相应增大。大型支架本身受环境温度、气流等影响会发生变形，从而带动位移传感器运动，造成严重的测
量误差。
[0005]二、在很多受结构空间限制的地方，不适合安装统一的位移传感器基准支架，因此该方法也不能适用。
[0006]三、在用位移传感器对结构件变形进行测量时，一个位移传感器只能监测物体对应点朝某一方向的位移，很难了解结构件变形的全貌。如果想要获得更多点的变形信息，必须安装多个位移传感器，这又增加了测量的复杂度和成本。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是:提供一种梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法，能够有效解决传统测量中难以安装基准、基准变形、以及多点测量困难等问题，满足制造业对梁形结构拉伸弯曲复合变形场的测量需求。
[0008]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法，待测梁形结构有一纵向对称面且弯曲与拉伸变形发生在此面内，其特征在于:它包括以下步骤:
[0009]第一步、安装应变传感器:
[0010]在纵向对称面上建立坐标轴，以待测梁形结构的中性层与纵向对称面的交线作为横坐标X轴，在待测梁形结构的一端建立与X轴垂直的纵坐标W轴，X轴为拉伸方向，W轴为弯曲方向；设以中性层为对称中心的两个表面为a表面与b表面,在a表面与b表面上分别沿X轴方向安装若干个应变传感器，分别记为Ua(X1), Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(χη)}
与{ Σb (X1)，Σb (x2)，Σb (Xi)，...Zb (χη)}，其中{ Σ a (X1)，Σ a(x2)，Σ a(Xi)，...Σ3 (xn)}
代表a表面上安装在横坐标为Ix1, x2, Xi,...xn}位置的η个应变传感器；Ub(Xl)，Σ,(χ2), Xb(Xi),...Σ, (Χη)}代表b表面上安装在横坐标为Ix1, x2，Xi，…xj位置的η个应变传感器；
[0011]第二步、测量各点应变值:
[0012]设待测梁形结构上2η个应变传感器测量的应变初始值为O ;
[0013]待待测梁形结构发生变形后，利用安装好的应变传感器测量各个测点的应变值，记为(Sa(X1), ea(x2), Ea(Xi),...ε a (χη)}与{ 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个应变传感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Za(Xi),...Σ3(χη)}采集的应变值，{ eb(Xl)，eb(x2)，Sb(Xi),...eb(xn)}代表b表面η个应变传感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(Χη)}采集的应变值；
[0014]第三步、求解a表面和b表面的应变分布函数:
[0015]分别对两组离散数据{ea(Xl)，ea(x2),ea(Xi),...ea(xn)}与Ieb(X1), eb(x2), ^b(Xi),...eb (Xn)}进行插值或拟合处理，获得a表面和b表面的应变分布函数O)与AW.?
[0016]第四步，提取拉伸、弯曲应变分量:
[0017]利用第三步求得的两个表面的应变分布函数O)与求解其差模分量
【权利要求】
1.一种梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法，待测梁形结构有一纵向对称面且弯曲与拉伸变形发生在此面内，其特征在于:它包括以下步骤: 第一步、安装应变传感器: 在纵向对称面上建立坐标轴，以待测梁形结构的中性层与纵向对称面的交线作为横坐标X轴，在待测梁形结构的一端建立与X轴垂直的纵坐标W轴，X轴为拉伸方向，W轴为弯曲方向；设以中性层为对称中心的两个表面为a表面与b表面,在a表面与b表面上分别沿X轴方向安装若干个应变传感器，分别记为Ua(X1), Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(χη)}与{ Σb (X1)，Σb (x2)，Σb (Xi)，...Zb (χη)}，其中{ Σ a (X1)，Σ a(x2)，Σ a(Xi)，...Σ3 (xn)}代表a表面上安装在横坐标为Ix1, x2, Xi,...xn}位置的η个应变传感器；Ub(Xl)，Σ,(χ2), Xb(Xi),...Σ, (Χη)}代表b表面上安装在横坐标为Ix1, x2，Xi，…xj位置的η个应变传感器； 第二步、测量各点应变值: 设待测梁形结构上2η个应变传感器测量的应变初始值为O ; 待待测梁形结构发生变形后，利用安装好的应变传感器测量各个测点的应变值，记为(Sa(X1), ea(x2), Ea(Xi),...ε a (χη)}与{ 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个应变传感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Za(Xi),...Σ3(χη)}采集的应变值，{ eb(Xl)，eb(x2)，Sb(Xi),...eb(xn)}代表b表面η个应变传感器Ua(Xl)，Σ3(χ2), Xa(Xi),...Σ3(Χη)}采集的应变值； 第三步、求解a表面和b表面的应变分布函数: 分别对两组离散数据{ Sa(X1), ea(x2)，ea(Xi)，...ea(xn)}与Ieb(X1), eb(x2), ^b(Xi),...eb (Xn)}进行插值或拟合处理，获得a表面和b表面的应变分布函数?⑴与之 第四步，提取拉伸、弯曲应变分量: 利用第三步求得的两个表面的应变分布函数匕W与求解其差模分量
2.根据权利要求1所述的梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法，其特征在于:所述第三步中的插值处理是多项式插值法、Newton插值法、拉格朗日插值法、Hermite插值法、分段插值法、样条函数插值法中的一种。
3.根据权利要求1所述的梁形结构拉伸弯曲复合变形场的无基准分布式测量方法，其特征在于:所述第 三步中的拟合处理是最小二乘法或回归逼近法。
【文档编号】G01B21/32GK103994747SQ201410241171
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】刘繄, 刘明尧, 周祖德, 陈明 申请人:武汉理工大学