一种杠杆系统的计算设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种杠杆系统的计算设计方法。本方法首先使用重力影响系数、标准局部坐标系简化杠杆系统设计对象，然后采用递归计算方法，从整体载荷开始自上而下、逐层递进计算杠杆连接形式和杠杆设备参数，再从载荷节点开始自下而上、逐层回归计算连接件设备参数、设计杠杆、连接件设备；并在回归计算过程中进行设备重量影响处理、修正杠杆系统设备参数数据。最后通过杠杆系统设备干涉检查方法对设计的杠杆系统进行设备干涉检查。本发明专利技术提供的杠杆系统计算、设计方法不仅适用于飞机结构静强度中的杠杆系统设计，也适用于其它各种类型的结构静强度试验中的杠杆系统设计。

A Computational Design Method of Lever System

The invention discloses a calculation and design method of a lever system. This method first simplifies the design object of the lever system by using gravity influence coefficient and standard local coordinate system, then calculates the lever connection form and the parameters of the lever equipment step by step from the whole load, and then calculates the parameters of the connector equipment, the design lever and the connector equipment by step from the load node. In the process of calculating, the influence of equipment weight is processed and the equipment parameter data of lever system is corrected. Finally, the interference checking method of the lever system equipment is used to check the interference of the designed lever system. The calculation and design method of the lever system provided by the invention is applicable not only to the design of the lever system in the static strength of aircraft structure, but also to the design of the lever system in the static strength test of other types of structures.

【技术实现步骤摘要】
一种杠杆系统的计算设计方法
本专利技术涉及飞机结构静强度试验领域中杠杆系统的一种计算设计方法，杠杆系统是飞机结构静强度试验中试验载荷分配、施加的一个重要设备系统。
技术介绍
在飞机结构静强度试验中，将试验情况中试验结构所承受的各种载荷(惯性载荷、气动载荷、集中载荷等)等效为相当数量的集中载荷，这些集中载荷称为载荷节点并布置在试验结构上，飞机结构静强度试验通过对载荷节点施加试验载荷来模拟试验结构的实际受载情况。在试验过程中需要对相当数量的载荷节点施加试验载荷，然而能够使用的作动器数量却受到了试验控制系统以及加载设备安装环境的限制，因此只能使用少量的作动器对大量的载荷节点施加试验载荷，杠杆系统(如图1)就是完成这种载荷施加功能的装置。在飞机结构静强度试验中，根据试验情况和结构部位对载荷节点按区域进行划分，使相同分区内的载荷节点具有相同的加载方向而成为平行加载力系，因而可以使用单个作动器通过杠杆系统对分区内的载荷节点进行加载。杠杆系统计算设计就是完成这种设备系统中各种杠杆、连接件设备参数计算以及连接形式的设计。通常的连接设计都是从载荷节点开始，两两连接与计算，设计出杠杆、连接件设备，以杠杆加载中心作为新的载荷节点再次进行两两连接与计算。逐层级地向上连接设计，最后到达顶级杠杆，完成整个杠杆系统的连接设计。从载荷节点逐层级地向上连接设计，缺乏对载荷分布的总体考虑，在连接过程中可能出现杠杆两端力臂长度差异较大的情况，这将会使得整个杠杆系统施加载荷的准确性、可靠性降低。杠杆系统设备的重量对试验载荷产生一定的附加力和附加力矩，从而影响试验的准确性。通常的处理方法是通过在杠杆上增加配重件，使杠杆与连接件设备的重心与杠杆加载中心重合并修改试验载荷，从而消除设备重量产生的附加力和附加力矩。还有将杠杆系统中每个设备的重量等效为载荷节点上的附加力，通过在载荷节点上增加配重或反配重件，从而消除设备重量产生的附加力和附加力矩。不论在杠杆上或载荷节点上增加配重或反配重都将增加杠杆系统设备的安装难度，降低试验加载装置的可靠性和安全性。杠杆系统设备之间的干涉检查一直缺乏能够计算机实现的、统一的、有效的方法，使得杠杆系统设计中的设备之间干涉检查更多地依靠设计者的经验。此外，通常的杠杆系统设计方法以及设备重量处理方法都与特定的试验加载方向相关，缺乏通用性。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术提供了一种新的杠杆系统计算、设计方法，本方法能够对任意加载方向、平行力系载荷节点的杠杆系统进行计算、设计，并提供了新的设备重量处理方法和设备干涉检查方法。专利技术技术解决方案为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：首先使用重力影响系数、标准局部坐标系简化杠杆系统设计对象，使任何加载方向、任意坐标系的杠杆系统设计成为一种简单的、标准的、与加载方向无关的杠杆系统设计。采用特殊的递归计算方法，从整体载荷开始自上而下、逐层递进计算杠杆连接形式和杠杆设备参数，再从载荷节点开始自下而上、逐层回归计算连接件设备参数、设计杠杆、连接件设备；并在回归计算过程中进行设备重量处理和设备干涉检查、修正杠杆系统设备参数数据。通过修正杠杆加载中心位置、改变杠杆两端力臂长度消除设备重量产生的附加力矩以及修正试验载荷数值消除设备重量产生的附加力；通过对杠杆系统设备在标准局部坐标系中特定平面的投影建立起设备包容矩形，再使用设备包容矩形之间的交集检查设备之间的干涉情况。一种杠杆系统的计算设计方法，使用重力影响系数、标准局部坐标系简化杠杆系统设计对象；使用特殊的递归算法进行杠杆系统的计算设计，既：在递进过程中设计杠杆系统连接形式、在回归过程中计算设备参数以及参数修正；使用独创的计算、处理方法进行杠杆系统的设备重量处理与设备干涉检查。优选的，杠杆系统计算、设计过程中的规则和方法为：(1)重力影响系数：将单位重力向量在加载方向上投影的负值作为一个计算系数。在设计过程中对计算所得到或数据库检索得到的各种杠杆系统设备重量乘以该系数作为试验设备重量产生的附加载荷，使其后的力矩以及载荷修正计算、设计过程都与加载方向、坐标系统无关；(2)标准局部坐标系：对设计中杠杆系统的载荷节点数据进行坐标系旋转变换，使新坐标系的一个坐标轴与加载方向平行，并称为标准局部坐标系。在标准局部坐标系中载荷压心、杠杆端点等空间位置变为平面，连接件长度与位置计算变为高度计算并且可以简化杠杆系统设备的干涉检查过程；(3)递归连接计算方法：杠杆系统递归连接计算设计方法的特征为：过程1：递进计算过程，将一个载荷节点集合划分为两个子集合分别作为当前杠杆左、右两端连接的载荷节点，载荷节点子集合划分的规则为杠杆左、右两端总载荷值差异最小。使用各子集合中的载荷节点数据计算当前杠杆的各种设备参数。再分别对子集合进行相同规则的划分和处理计算，直到集合中只有一个载荷节点为止。过程2：回归计算过程，从高度最高的载荷节点开始，使用最短的、满足承载要求的连接件设备，并以此连接件长度为初始值，以杠杆保持水平为限制条件，完成杠杆两端连接件设备参数计算。对当前杠杆及其左、右两端的连接件设备重量影响进行处理计算，修正杠杆力臂长度、加载中心位置以及试验载荷数据。再以当前杠杆加载中心和试验载荷作为载荷节点数据，使用相同的规则和方法进行上级杠杆与连接件设备的参数计算，直到达到顶级杠杆。(4)设备重量处理方法，杠杆系统设备的重量产生附加力和附加力矩，使试验载荷与实际要求不仅数量不等，而且分布也不一致。本专利技术中试验设备重量影响处理方法的特征为：不使用配重件或反配重件设备，而通过修改杠杆加载中心位置，改变杠杆两端力臂长度消除设备重量产生的附加力矩，再通过修正载荷数值消除设备重量产生的附加力。(5)设备干涉检查方法，杠杆系统中的杠杆、连接件设备之间可能由于设备体积、空间位置等原因而产生相互干涉致使杠杆系统安装或试验载荷施加失败，因此需要对杠杆系统设计结果进行检查。本专利技术中试验设备干涉检查方法的技术特征为：将杠杆系统中的设备在标准局部坐标系中向一个以加载方向为法向的平面进行投影，并对设备投影建立包容矩形。通过对相同高度或高度范围重合的设备包容矩形之间交集的检查，判断设备之间是否相互干涉。优选的，重力影响系数w的计算公式为：其中：为试验载荷向量，为设备重力向量，β为试验载荷向量与设备重力向量之间的夹角,w的数值范围为[-1，1]。优选的，通过力臂修正消除设备重量影响的计算步骤如下：1)杠杆力臂总长修正计算：(Xlc,Ylc)，(Xrc,Yrc)分别是杠杆两端所联接的下级杠杆的加载中心，或载荷节点的坐标；(Xlc,Ylc)，(Xrc,Yrc)经过力臂平衡修正计算，坐标位置不同于杠杆的左、右载荷压心；2)杠杆设计载荷修正计算：F＝Fl+Fr+w·(Pl+Pr+PB)Fl、Fr分别是杠杆两端所连接的下级杠杆的、经过修正的设计载荷，Pl、Pr、PB分别是杠杆两端连接件以及杠杆设备的重量，w是重力影响系数；3)杠杆力臂平衡修正计算：杠杆通过左、右力臂将加载中心的试验载荷F分配到杠杆两端的连接件上，而杠杆只有在左、右力臂平衡的情况下，即杠杆上相对于加载中心的合力矩为0.0时，才能准确地分配杠杆两端的试验载荷；杠杆力臂平衡修正计算就是通过修正杠杆两端的力臂长度使杠杆上相对于加载中心的合力矩为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杠杆系统的计算设计方法，其特征在于：使用重力影响系数、标准局部坐标系简化杠杆系统设计对象；然后使用特殊的递归算法进行杠杆系统的计算设计：在递进过程中设计杠杆系统连接形式、在回归过程中计算设备参数以及参数修正；然后对杠杆系统的设备重量处理与设备干涉检查。

【技术特征摘要】
1.一种杠杆系统的计算设计方法，其特征在于：使用重力影响系数、标准局部坐标系简化杠杆系统设计对象；然后使用特殊的递归算法进行杠杆系统的计算设计：在递进过程中设计杠杆系统连接形式、在回归过程中计算设备参数以及参数修正；然后对杠杆系统的设备重量处理与设备干涉检查。2.如权利要求1所述的一种杠杆系统的计算设计方法，其特征在于，杠杆系统计算、设计过程中的规则和方法为：(1)重力影响系数：将单位重力向量在加载方向上投影的负值作为一个计算系数；在设计过程中对计算所得到或数据库检索得到的各种杠杆系统设备重量乘以该系数作为试验设备重量产生的附加载荷，使其后的力矩以及载荷修正计算、设计过程都与加载方向、坐标系统无关；(2)标准局部坐标系：对设计中杠杆系统的载荷节点数据进行坐标系旋转变换，使新坐标系的一个坐标轴与加载方向平行，并称为标准局部坐标系；在标准局部坐标系中载荷压心、杠杆端点等空间位置变为平面，连接件长度与位置计算变为高度计算并且可以简化杠杆系统设备的干涉检查过程；(3)递归连接计算方法：杠杆系统递归连接计算设计方法的特征为：过程1：递进计算过程，将一个载荷节点集合划分为两个子集合分别作为当前杠杆左、右两端连接的载荷节点，载荷节点子集合划分的规则为杠杆左、右两端总载荷值差异最小；使用各子集合中的载荷节点数据计算当前杠杆的各种设备参数；再分别对子集合进行相同规则的划分和处理计算，直到集合中只有一个载荷节点为止；过程2：回归计算过程，从高度最高的载荷节点开始，使用最短的、满足承载要求的连接件设备，并以此连接件长度为初始值，以杠杆保持水平为限制条件，完成杠杆两端连接件设备参数计算；对当前杠杆及其左、右两端的连接件设备重量影响进行处理计算，修正杠杆力臂长度、加载中心位置以及试验载荷数据；再以当前杠杆加载中心和试验载荷作为载荷节点数据，使用相同的规则和方法进行上级杠杆与连接件设备的参数计算，直到达到顶级杠杆；(4)设备重量处理方法，杠杆系统设备的重量产生附加力和附加力矩，使试验载荷与实际要求不仅数量不等，而且分布也不一致；试验设备重量影响处理方法为：不使用配重件或反配重件设备，而通过修改杠杆加载中心位置，改变杠杆两端力臂长度消除设备重量产生的附加力矩，再通过修正载荷数值消除设备重量产生的附加力；(5)设备干涉检查方法：将杠杆系统中的设备在标准局部坐标系中向一个以加载方向为法向的平面进行投影，并对设备投影建立包容矩形；通过对相同高度或高度范围重合的设备包容矩形之间交集的检查，判断设备之间是否相互干涉。3.如权利要求2所述的一种杠杆系统的计算设计方法，其特征在于，重力影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯同济，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61