一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，包括步骤：一、使用石英加热器进行试验件的实际热试验；二、获取灯丝的实际时变温度边界；三、建立试验件加热有限元模型；四、获取试验件的初始表面仿真温度场；五、对灯丝模型的时变温度边界进行修正；六、得到修正后的试验件表面仿真温度场。本发明专利技术通过获取灯丝的实际时变温度边界，将实际时变温度边界赋予试验件加热有限元模型，再对试验件加热有限元模型的时变温度边界进行修正，以仿真获得的试验件表面仿真温度场代替试验数据插值获得的温度场，能够更加准确地重构实际热试验中试验件表面的复杂温度场，以便进一步进行的热应力分析、热模态分析等分析结果更加准确。确。确。

A reconstruction method of complex temperature field of test piece for thermal test of aircraft components

【技术实现步骤摘要】
一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法


[0001]本专利技术属于热试验试验件温度场重构
，具体涉及一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法。

技术介绍

[0002]目前，飞机构件的试验件的热试验温度响应主要采用的方法包括接触测量与非接触测量两大类获取方法，其中，非接触测量在目前的技术水平下使用条件有限，以热电偶为主的接触式测温仍为主流测温方法，热电偶因其响应快，测温准确等优点被广泛应用于结构热试验中，但由于通道数、试验件几何形状等限制，接触式测量布置的温度实际测温点往往是有限的，因此，根据试验测试数据插值出的试验件温度场往往与实际试验状态下试验件的复杂温度场存在较大差异。所以，现需要一种能够更加准确地重构热试验中试验件的复杂温度场的方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，通过获取灯丝的实际时变温度边界，将实际时变温度边界赋予试验件加热有限元模型，再对试验件加热有限元模型的时变温度边界进行修正，以仿真获得的试验件表面仿真温度场代替试验数据插值获得的温度场，能够更加准确地重构实际热试验中试验件表面的复杂温度场，以便进一步进行的热应力分析、热模态分析等分析结果更加准确。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、使用石英加热器进行试验件的实际热试验：所述试验件的表面具有M个温区，每个温区各由一个石英加热器进行加热，一个石英加热器内具有N个灯丝，N为正整数；步骤二、获取各个石英加热器中的灯丝的实际时变温度边界和试验件的各个温区对应的实际测温点的实际温度；步骤三、针对实际热试验中的试验件和对试验件进行加热的石英加热器建立试验件加热有限元模型；步骤四、将石英加热器中的灯丝的实际时变温度边界赋予试验件加热有限元模型中的灯丝模型，得到试验件的初始表面仿真温度场；步骤五、对比各个实际测温点的实际温度和初始表面仿真温度场中与各个实际测温点对应的模型节点的仿真温度，根据对比结果对试验件加热有限元模型中的灯丝模型的时变温度边界进行修正；步骤六、循环执行步骤四至步骤五，直至试验件加热有限元模型仿真精度满足要求，对该试验件加热有限元模型进行有限元仿真计算，得到修正后的试验件表面仿真温度场，修正后的试验件表面仿真温度场即为实际热试验中试验件的表面真实温度场。
[0005]上述的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，步骤二的具体步骤为：步骤201、获取实际热试验中试验件表面的第m个温区对应的第n个灯丝的电压随时间的变化关系；步骤202、根据灯丝的电压
‑
温度关系，得到第m个温区对应的石英加热器中的第n个灯丝上的温度随时间变化的关系，即第m个温区对应的石英加热器中的第n个灯丝的实际时变温度边界；m=1,2...，M，n=1,2...，N；步骤203、获取实际热试验中的第m个温区内的实际测温点在第i个采样时刻的实际温度，i=1,2，...，I，I为采样时刻总数量。
[0006]上述的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，步骤202中灯丝的电压
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温度关系的获取方法为：基于灯丝在不同温度下的物理特性，通过公式，采用迭代计算方法获取灯丝的电压
‑
温度关系；其中，T为灯丝的温度，U为灯丝两端的电压，ρ为灯丝电阻率，ε为灯丝发射率，为灯丝的总长度，为灯丝的截面积，为灯丝发热面积，σ为Stefan
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Boltzman常数。
[0007]上述的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，步骤四中，将实际热试验中第m个温区对应的石英加热器中的第n个灯丝的实际时变温度边界赋予试验件加热有限元模型中第m个温区对应的石英加热器中的第n个灯丝模型。
[0008]上述的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，步骤501、获取试验件加热有限元模型中与第m个温区内的实际测温点对应的模型节点在第i个采样时刻的仿真温度；步骤502、根据公式，计算实际热试验中第m个温区内的实际测温点在第i采样时刻对应的实际热流；其中，c为试验件比热容，为试验件密度，为试验件加热有限元模型中与第m个温区内的实际测温点对应的模型节点所在单元的面积，为试验件加热有限元模型中与第m个温区内的实际测温点对应的模型节点所在单元的体积；为试验件加热有限元模型中与第m个温区内的实际测温点对应的模型节点所在单元在第i采样时刻的仿真热流；步骤503、根据公式，计算目标时变温度边界在
I个采样时刻的平均值，其中，ε为灯丝发射率，σ为Stefan
‑
Boltzman常数，为实际热试验中第m个温区内的实际测温点在I个采样时刻的实际热流的平均值，；为实际热试验中第m个温区对应的第n个灯丝的轴线与线段形成的锐角夹角，其中，线段为灯丝上的任意一点p与第m个温区内的实际测温点O的连线；为第m个温区对应的第n个灯丝的轴线与线段形成的锐角夹角，其中，线段为灯丝上的一个端点与第m个温区内的实际测温点O的连线；为第m个温区对应的第n个灯丝的轴线与线段形成的锐角夹角，其中，线段为灯丝上的另一个端点与第m个温区内的实际测温点O的连线；步骤504、根据公式，计算修正后的第m个温区对应的石英加热器中的第n个灯丝模型的时变温度边界；其中，为试验件加热有限元模型中与第m个温区内的实际测温点对应的模型节点在I个采样时刻的仿真温度的平均值，。
[0009]本专利技术与现有技术相比的区别技术特征为：本专利技术通过获取灯丝的实际时变温度边界，将实际时变温度边界赋予试验件加热有限元模型，再对试验件加热有限元模型的时变温度边界进行修正，以仿真获得的试验件表面仿真温度场代替试验数据插值获得的温度场，能够更加准确地重构实际热试验中试验件表面的复杂温度场，以便进一步进行的热应力分析、热模态分析等分析结果更加准确。
[0010]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实际热试验中灯丝与其对应的温区上的实际测温点的位置关系示意图。
[0012]图2为本专利技术的方法流程框图。
[0013]附图标记说明:1—灯丝；
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2—温区。
具体实施方式
[0014]如图1和图2所示，本专利技术的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，
该方法包括以下步骤：步骤一、使用石英加热器进行试验件的实际热试验：所述试验件的表面具有M个温区2，每个温区2各由一个石英加热器进行加热，一个石英加热器内具有N个灯丝1，N为正整数；步骤二、获取各个石英加热器中的灯丝的实际时变温度边界和试验件的各个温区对应的实际测温点的实际温度；步骤三、针对实际热试验中的试验件和对试验件进行加热的石英加热器建立试验件加热有限元模型；步骤四、将石英加热器中的灯丝的实际时变温度边界赋予本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、使用石英加热器进行试验件的实际热试验：所述试验件的表面具有M个温区（2），每个温区（2）各由一个石英加热器进行加热，一个石英加热器内具有N个灯丝（1），N为正整数；步骤二、获取各个石英加热器中的灯丝的实际时变温度边界和试验件的各个温区对应的实际测温点的实际温度；步骤三、针对实际热试验中的试验件和对试验件进行加热的石英加热器建立试验件加热有限元模型；步骤四、将石英加热器中的灯丝的实际时变温度边界赋予试验件加热有限元模型中的灯丝模型，得到试验件的初始表面仿真温度场；步骤五、对比各个实际测温点的实际温度和初始表面仿真温度场中与各个实际测温点对应的模型节点的仿真温度，根据对比结果对试验件加热有限元模型中的灯丝模型的时变温度边界进行修正；步骤六、循环执行步骤四至步骤五，直至试验件加热有限元模型仿真精度满足要求，对该试验件加热有限元模型进行有限元仿真计算，得到修正后的试验件表面仿真温度场，修正后的试验件表面仿真温度场即为实际热试验中试验件的表面真实温度场。2.按照权利要求1所述的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，步骤二的具体步骤为：步骤201、获取实际热试验中试验件表面的第m个温区（2）对应的第n个灯丝（1）的电压随时间的变化关系；步骤202、根据灯丝（1）的电压
‑
温度关系，得到第m个温区（2）对应的石英加热器中的第n个灯丝（1）上的温度随时间变化的关系，即第m个温区（2）对应的石英加热器中的第n个灯丝（1）的实际时变温度边界；m=1,2...，M，n=1,2...，N；步骤203、获取实际热试验中的第m个温区（2）内的实际测温点在第i个采样时刻的实际温度，i=1,2，...，I，I为采样时刻总数量。3.按照权利要求2所述的一种飞机构件热试验的试验件复杂温度场重构方法，其特征在于，步骤202中灯丝（1）的电压
‑
温度关系的获取方法为：基于灯丝（1）在不同温度下的物理特性，通过公式 ，采用迭代计算方法获取灯丝（1）的电压
‑
温度关系；其中，T为灯丝（1）的温度，U为灯丝（1）两端的电压，ρ为灯丝（1）电阻率，ε为灯丝（1）发射率，为灯丝（1）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，秦强，姚迟森，张仡，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：