本发明涉及一种检测大型结构件空间耦合变形的方法。
背景技术：
大型结构件因其大自重、大载荷和大尺度等特点，其微小变形直接关系到结构的可靠性与安全性，尤其对于大型精密设备，更是直接影响到设备的使用精度以及精度保持性。然而采用位移传感器检测大型结构件变形的方法，其测量原理是相对变形，因此传感器布点时需要相应的支撑结构，此外大型结构件工况下的变形在空间上存在各向耦合的情况，对于大尺度的结构件无法实现布点需求，同时由于结构件之间存在相对运动，也制约了位移传感器检测的精度。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种检测大型结构件空间耦合变形的方法，采用本发明方法检测大型结构件空间耦合变形时不仅检测方便、而且检测结果精度高。
为解决上述技术问题，本发明一种检测大型结构件空间耦合变形的方法包括以下步骤：
(1)、用以检测所述大型结构件各向耦合变形的步骤，在垂直于所述大型结构件受力变形较大方向的大型结构件表面设置3排光纤光栅应变传感器，3排光纤光栅应变传感器上、中、下对正，且中间一排光纤光栅应变传感器设置在所述大型结构件表面的几何中心位置；
(2)、采用最小二乘法拟合步骤(1)中每个所述光纤光栅应变传感器传送的各点处曲率信息，绘制所述大型结构件表面应变的挠度曲线的步骤；
(3)、在所述大型结构件受力变形较大方向的大型结构件表面的边缘设置位移传感器的步骤，用以检测大型结构件边界的应变情况。
作为本发明方法的改进，所述3排光纤光栅应变传感器以胶接方式粘接在所述大型结构件表面，大型结构件与每个光纤光栅应变传感器接触的位置预先打磨处理。
本发明检测大型结构件空间耦合变形的方法，通过在垂直于所述大型结构件受力变形较大方向的大型结构件表面设置3排光纤光栅应变传感器，采用最小二乘法拟合步骤(1)中每个所述光纤光栅应变传感器传送的各点处曲率信息，可以绘制出所述大型结构件表面应变的挠度曲线，能够方便、直观地观察到所述大型结构件空间耦合变形情况，另外在所述大型结构件的边缘设置位移传感器，可以直接读出大型结构件整体尺寸的变形情况，为确保大型结构件的安全性、可靠性以及提高大型精密设备的精度提供了重要的参考依据。本发明方法可以根据大型结构件空间耦合变形的情况相应调整大型结构件的相应参数设置或更换大型结构件，可以保证大型结构件的作业精度及作业时的安全性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图1是本发明中检测大型结构件空间耦合变形时在大型结构件受力变形较大方向的大型结构件表面设置光纤光栅应变传感器时的结构示意图，图中示出了大型结构件的受力情况。
具体实施方式
以下结合图1对本发明的实施过程进行详细介绍。
(1)、通过理论方法或仿真方法事先预估结构件变形趋势，选择垂直于结构件变形较大方向的结构件表面布置光纤光栅应变传感器；
(2)、在结构件表面平行布置3排光纤光栅应变传感器10、20、30，其中中间一排传感器20应布置在布置平面的几何中心；3排传感器的光栅应上下对应；
(3)、在光纤光栅应变传感器安装位置，应打磨结构件表面，使结构件露出大于光栅传感器3倍的金属表面，光纤光栅应变传感器采用紫外线胶进行粘接，粘接传感器过程中应适当的对光栅施加一定预紧力；
(4)、首先采用紫外线胶进行点式粘接，间距不大于20mm，然后使用环氧树脂胶将光纤光栅应变传感器全面封装；
(5)、在大型结构件的始点和终点布置位移传感器，以检测大型结构件的边界条件；
(6)、将光栅传感器获取的光的波长变化，通过下式计算得到该点处的应变值；
Δλ＝(1-Pe)λBε
式中，Pe为光弹系数，一般取值0.22，λB为反射波长为常数，Δλ为波长变化值。
(7)、由于结构件变形存在各方向变形耦合的情况，为此采用获取中性轴偏移量获取各方向变形量的方法，中性轴与z轴的夹角为：
式中，d1第一排光纤光栅应变传感器与第二排之间的距离；d2第二排光纤光栅应变传感器与第三排之间的距离；ε1、ε2、ε3分别为某列光纤光栅第一排、第二排、第三排的应变值；b为结构件截面宽度的一半；d为xz面上几何中心线初始位置
(8)、采用最小二乘法拟合各点处曲率信息，对曲率信息公式进行二次积分，即可得到相应平面的挠度曲线方程：
式中C1、C2、C3、C4为积分常数，可由边界条件确定。考虑结合面的影响及支座的沉降，假设两个支座的沉降值为Δl1、Δl2，则C1、C2、C3、C4可由下面两次求出：