一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法技术

本发明专利技术涉及一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法，属于飞机设计机械结构载荷测量领域。该方法在于：A）、确定结构梁需要测量的截面，截面一定要为双对称截面；B）、在确定的双对称截面上，选取两根对称轴通过的试件表面黏贴直角应变花片；C）、测量梁的实际工作状态下4个花片的应变值；D）、对于常见的圆形截面、圆环截面，得到结构梁材料的弹性模量E与泊松比μ，利用相应公式进行计算截面载荷;E）、对于更为一般的双对称截面，除截面扭矩载荷外，与圆形或圆环截面计算方法一致，而截面扭矩，则需要进行标定，通过标定载荷与应变关系，来反推截面载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法
本专利技术涉及一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法，属于飞机设计机械结构载荷测量领域。
技术介绍
机械结构中依据平面假设和纵向纤维无正应力假设，很多结构都能假设为梁，如汽车车架、飞机拦阻钩、发动机活塞杆等。这些结构梁在经受高速冲击时会容易破坏，若能测到结构工作时的冲击载荷，可利用载荷可以进行优化设计，改善力的传递路径，从而降低事故发生率。梁的载荷是指某个截面的轴力、剪力和弯矩。通常建立一个欧拉坐标系，将其分解为三个方向的力和三个方向的弯矩。所谓双对称截面是指该截面存在两根相交的对称轴，如常见的矩形、圆、工字形等，这样的截面力学特征是截面的剪心与截面形心重合。传统测量冲击载荷的方法是：在试验室中，将该结构杆件相关的结构当做试验件，模拟结构实际使用时的工况，利用测力装置高速撞击结构梁，通过测力装置测得的载荷得到结构梁所受载荷。此方法存在以下弊端：a.冲击载荷的测量属于结构瞬态响应范畴，它与冲击物及被冲击物的质量分布、刚度、阻尼分布、接触模式等关系密切，在试验室中很难模拟结构实际工作状态，所测载荷不真实；b.冲击发生时间通常在毫秒级以下，测量需要大量程，高频响的测力原件才能准确测得载荷的时间历程。将测力元件制成测力装置，很难保证元件本身的频响，且动态标定技术难度很大。c.结构梁受冲击载荷作用时，其瞬态应力波传播复杂，仅有一个截面加载点，需要具有相当高精度的动力学模型(往往来之不易)才能仿真梁内载荷传递，若能得到多个截面的实测载荷，在相同的模型精度情况下可以提高应力计算精度，给出更为可靠的强度评估。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法，解决实际工作状态下梁受高速冲击时的载荷测量问题。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法，该方法如下：A)、确定结构梁需要测量的截面，截面一定要为双对称截面；截面选取的数量依据测量目的及测量设备硬件条件决定。建议选取预估应力较大的截面，因为本方法在测力截面载荷的同时也可测量该截面相应点的应变，可节约测量硬件通道；B)、在确定的双对称截面上，选取两根对称轴通过的试件表面黏贴直角应变花片；建立欧拉坐标系，选取梁的形心或剪心为原点，梁长方向为z轴，截面的两根对称轴分别为x轴和y轴，坐标系符合右手定则；直角应变花片黏贴在x、y轴与梁表面相交点，共4片，花片的一条直角边与z轴平行；C)、测量梁的实际工作状态下4个花片的应变值；D)、对于常见的圆形截面、圆环截面，得到结构梁材料的弹性模量E与泊松比μ，利用相应公式进行计算截面载荷；E)、对于更为一般的双对称截面，除截面扭矩载荷外，与圆形或圆环截面计算方法一致，而截面扭矩，则需要进行标定，通过标定载荷与应变关系，来反推截面载荷。本专利技术的有益效果：本专利技术解决实际工作状态下梁受高速冲击时的载荷测量问题，在试验中准确模拟结构实际工作状态，真实有效；提高应力计算精度，给出更为可靠的强度评估。附图说明图1为本专利技术的梁的双对称截面示意图；图2为图1A-A面示意图；图2中：1-第一贴片；2-第二贴片；3-第三贴片；4-第四贴片；图3为B向第一贴片方向示意图；图4为C向第三贴片方向示意图；图5为第二贴片方向示意图；图6为第四贴片方向示意图；图7为测量应变值与梁坐标下应变的关系示意图；图8为梁的扭转标定示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细描述：对于选定的结构梁双对称截面，建立梁元坐标系，坐标系原点选在截面的形心O点，x、y轴分别为截面的两根对称轴，z轴顺着梁方向，见附图1所示。在附图2所示在截面的第一贴片1、第二贴片2、第三贴片3、第四贴片4黏贴直角花应变片，直角花片黏贴方向即定义见附图3、4、5、6所示。选取直角花片的一条直角边原着+z轴方向，将其定为εi_0°,，在梁元坐标系中即为εiz；沿截面方向为εi_90°，在梁元坐标中为εix或εiy；εi_0°与εi_90°成45°方向的应变片即为εi_45°。由附图7，可知应变片测得的εi_0°、εi_45°、εi_90°，与梁元坐标系的正应变和剪应变γixz、γiyz的关系为：当i＝1、3时当i＝2、4时对于常见的圆形截面、圆环截面可按下式计算截面载荷。梁材料的弹性模量为E，泊松比为μ，剪切模量G，且这些材料常数可依据材料手册查得，或通过试验得到。A为截面的面积，Ix为截面对x轴的惯性矩，Iy为截面对y轴的惯性矩，Ip为截面对O点的极惯性矩，R为1、2、3、4点到原点的距离R。很显然对于圆形(圆环)截面，Mx计算式中的y＝R，My计算式中的x＝R。对于更为一般的双对称轴截面，截面扭转Mz引起截面的剪应变不是简单的公式能够计算，只能通过标定的方法来给出载荷与剪应变的关系。其余的截面载荷都与圆形(圆环)截面一致可通过公式计算。标定的方法见附图8所示。将目标梁安装与水平方向夹角为θ，用一根水平方向的刚性梁一端与目标量梁固接于A点，另一端B点挂上砝码。待标定的截面在目标梁上的O点。AO的距离为L，AB的距离为b。在B点放置砝码，逐级加载，测量4个应变片花的应变值。当B点吊挂砝码质量为m，当地重力加速度g，换算到截面的扭矩为：Mz＝-mgbcosθ结构线性范围内存在：Mz＝K1·(γ3xz-γ1xz)＝K2·(γ4yz-γ2yz)利用一组砝码质量m得到一组γ3xz-γ1xz和γ4yz-γ2yz，进行回归分析，得到最小二乘的K1和K2。在实际工况测量时，利用标定的K1、K2，得到截面扭转载荷：Mz＝[K1·(γ3xz-γ1xz)+K2·(γ4yz-γ2yz)]/2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法，该方法的特征在于：A）、确定结构梁需要测量的截面，截面一定要为双对称截面；B）、在确定的双对称截面上，选取两根对称轴通过的试件表面黏贴直角应变花片；建立欧拉坐标系，选取梁的形心或剪心为原点，梁长方向为z轴，截面的两根对称轴分别为x轴和y轴，坐标系符合右手定则；直角应变花片黏贴在x、y轴与梁表面相交点，共4片，花片的一条直角边与z轴平行；C）、测量梁的实际工作状态下4个花片的应变值；D）、对于常见的圆形截面、圆环截面，得到结构梁材料的弹性模量E与泊松比μ，利用相应公式进行计算截面载荷；E）、对于更为一般的双对称截面，除截面扭矩载荷外，与圆形或圆环截面计算方法一致，而截面扭矩，则需要进行标定，通过标定载荷与应变关系，来反推截面载荷。

【技术特征摘要】
1.一种梁的双对称截面冲击载荷测量方法，该方法的特征在于：A）、确定结构梁需要测量的截面，截面一定要为双对称截面；B）、在确定的双对称截面上，选取两根对称轴通过的试件表面黏贴直角应变花片；建立欧拉坐标系，选取梁的形心或剪心为原点，梁长方向为z轴，截面的两根对称轴分别为x轴和y轴，坐标系符合右手定则；直角应变花片黏贴在x、y轴与梁表面相交...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄瑞泉，王进剑，龙思海，张海东，廖文峰，石飞，罗金亮，沈文静，彭志军，朱亲强，滕春明，李朝光，项小平，叶彬，
申请(专利权)人：江西洪都航空工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江西,36