一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法，其特征在于适用于梁式结构变形监测的间接测量方法，应变数据采用光纤光栅传感器采集。本发明专利技术所提的测量方法可用于梁式结构的大变形测量，这里大变形定义为超过梁式结构长度的15％。该方法可广泛应用于大展弦比柔性机翼、大型桥梁结构、大型建筑等梁式结构的实时变形测量、结构健康监测等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法和装置
本专利技术涉及一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法和装置。
技术介绍
航空器结构在设计过程中需要进行大量的试验，包括结构功能、结构强度、载荷测试等方面的地面和飞行试验。这些试验中，机翼结构变形量是重要的试验数据之一。准确高效的测量结构变形，对于分析结构的性能和状态，为设计人员提供正确依据至关重要。此外，近些年来复合材料在航空结构中得到广泛应用，机翼结构通常质量较低。同时，对于高空长航时无人机、大型民机、大型运输机等飞行器，机翼展弦比较大，柔性较大。此类飞行器在飞行过程中受气动作用会产生较大的变形。因此，结构变形测量方法需要考虑到结构大变形的作用。现有的结构变形测量手段常见的有位移计测量、光学测量、红外仪测量。位移计测量，成本低，操作简单，测量过程直观。但是使用位移计测量时，如果结构变形较大(例如，柔性机翼变形可达到半展长的15％以上)，尤其是大变形引起的方向变化会造成测量结果不准确；此外，位移计测量很难适用于机载试验中结构变形的实时测量。光学测量系统是近些年来发展的一种用多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量装置，其特征在于包括：/n第一至第四光纤S1、S2、S3、S4，每根光纤串联N个光纤光栅传感器用于应变测量，其中，第一至第四光纤上的所述N个光纤光栅传感器中的第i个光纤光栅传感器的设置点的X轴坐标相同，/n第一光纤S1和第二光纤S2分别被布置于梁式结构的上表面，/n第三光纤S3被布置于梁式结构的上表面，/n第四光纤S4被布置于梁式结构的下表面，/n所述X轴指向梁式结构的长度方向，Y轴指向梁式结构上表面法向，Z轴由右手法则定义，/n光纤光栅传感器{

【技术特征摘要】
1.一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量装置，其特征在于包括：
第一至第四光纤S1、S2、S3、S4，每根光纤串联N个光纤光栅传感器用于应变测量，其中，第一至第四光纤上的所述N个光纤光栅传感器中的第i个光纤光栅传感器的设置点的X轴坐标相同，
第一光纤S1和第二光纤S2分别被布置于梁式结构的上表面，
第三光纤S3被布置于梁式结构的上表面，
第四光纤S4被布置于梁式结构的下表面，
所述X轴指向梁式结构的长度方向，Y轴指向梁式结构上表面法向，Z轴由右手法则定义，
光纤光栅传感器{(1)ε1，(1)ε2，(1)ε3，(1)ε4，(1)ε5}串联于第一光纤S1上，光纤光栅传感器{(2)ε1，(2)ε2，(2)ε3，(2)ε4，(2)ε5}串联于第二光纤S2上，光纤光栅传感器的布置方向均为与X轴平行的方向，
光纤光栅传感器{(3)ε1，(3)ε2，(3)ε3，(3)ε4，(3)ε5}串联于第三光纤S3上，传感器的布置方向交替与X轴呈+45°角，
光纤光栅传感器{(4)ε1，(4)ε2，(4)ε3，(4)ε4，(4)ε5}串联于第四光纤S4上，传感器的布置方向均平行于Z轴，
其中，
以E1，E2，E3分别表示坐标系的三个基底向量，E1沿梁长度方向；
以g1(s)，g2(s)，g3(s)分别表示梁变形前长度s处局部坐标系的三个基底向量；
以G1(s)，G2(s)，G3(s)分别表示梁变形后长度s处局部坐标系的三个基底向量，且有：
G1(s)＝[G11(s)G12(s)G13(s)]T，
G2(s)＝[G21(s)G22(s)G23(s)]T，
G3(s)＝[G31(s)G32(s)G33(s)]T；
以r(s)表示梁变形前中心参考轴线s处在参考坐标系中的空间位置矢量；
以R(s)表示梁变形后中心参考轴线s处在参考坐标系中的空间位置矢量，且有：
R(si)＝[Ri1Ri2Ri3]T。发明内容步骤五中的列向量可根据上述位置矢量和坐标系基底向量定义：



所述梁式结构变形测量装置适合于进行如下操作：
A)把每条光纤上的光纤光栅传感器的布置位置依次表示为：



其中，表示第一光纤S3和第四光纤S4在第i个测点处距离梁式结构中心线的距离，第i个测点处即每根光纤上第i个光纤光栅传感器所在位置；表示第一光纤S1在第i个测点处相对结构梁式结构中心线在Y方向的坐标分量；表示第一光纤S1在第i个测点处相对结构梁式结构中心线在Z方向的坐标分量；表示第二光纤S2在第i个测点处相对结构梁式结构中心线在Y方向的坐标分量；表示第二光纤S2在第i个测点处相对结构梁式结构中心线在Z方向的坐标分量，
B)采用光纤测量技术，测量X坐标相同的每组4个传感器所在位置的结构应变{(1)εi}i＝1,2,…N,{(2)εi}i＝1,2,…N,{(3)εi}i＝1,2,…N,{(4)εi}i＝1,2,…N，其中：{(1)εi}i＝1,2,…N为第一光纤S1上第i个测点处所测得的结构应变；{(2)εi}i＝1,2,…N为第二光纤S2上第i个测点处所测得的结构应变；{(3)εi}i＝1,2,…N为第三光纤S3上第i个测点处所测得的结构应变；{(4)εi}i＝1,2,…N为第四光纤S4上第i个测点处所测得的结构应变，
C)根据所测得的结构应变以及下列关系式计算梁式结构中心线在每个第i个测量点处的三维曲率






D)根据下列方程组计算结构变形-曲率关系式：









其中
E)根据步骤(C)和步骤(D)中的关系式计算测点处的结构变形：




是一个12X1的列向量，它的第1,5,9项元素分别对应测点i处结构在空间中的三维位置，

表示结构在端点位置处的位置向量，
从而，把梁结构变形后第i个测点的三维位置表示为


2.根据权利要求1所述的梁式结构变形测量装置，其特征在于：
在确定了各个测点的三维位置后，通过样条插值方法得出连续的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢长川，孟杨，安朝，冒森，许秋怡，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11