一种轻量化舱体结构应变场重构方法及系统技术方案

本公开属于应变重构技术领域，具体涉及一种轻量化舱体结构应变场重构方法及系统，包括：构建轻量化舱体结构模型；对所构建的轻量化舱体结构模型进行不同载荷下的分析，得到不同载荷下的应变响应；根据所得到的不同载荷下的应变响应，计算轻量化舱体的载荷应变响应；对所构建的轻量化舱体结构模型进行不同模态下的振动分析，得到模态应变响应；根据所得到的模态应变响应，计算轻量化舱体的振动应变响应；基于所得到的轻量化舱体的载荷应变响应和振动应变响应，计算轻量化舱体的应变响应，完成轻量化舱体的结构应变场重构。成轻量化舱体的结构应变场重构。成轻量化舱体的结构应变场重构。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化舱体结构应变场重构方法及系统


[0001]本公开属于应变重构
，具体涉及一种轻量化舱体结构应变场重构方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]航天器密封舱是航空航天
中的关键结构之一，主要的功能是在轻量化设计的前提下保持舱体的密封状态和承受载荷。它在空间运行时，一方面要承受一定的内压环境，另一方面也要承受和传递运载发射加速度载荷等载荷的作用。在运行过程中，舱内需要维持一定的压力，以满足舱内航天员和仪器设备的需要。由于服役环境恶劣，密封舱在运行时各种复杂的载荷容易引起结构的损伤，损伤累积容易造成密封舱的功能失效，直接影响密封舱的运行安全，而应变数据是结构疲劳强度和损伤预测的重要依据，因此开展针对密封舱结构的应变监测意义重大。
[0004]应变测量可以分为非接触式测量(如摄影测量、相机测量和激光扫描)和接触式测量，其中非接触式测量是通过获得变形前后结构表面的图像，以获得坐标变形前后的匹配点，后续通过计算得到结构的应变和位移，但该方法容易受环境因素影响，例如摇晃和振动，对设备的安装也有空间要求。接触式测量方法包括电阻应变传感器、加速度传感器和光纤布拉格光栅(FBG)传感器。其中，FBG传感器不仅具有灵敏度高、体积小、抗电磁干扰等优点，而且可以进行空分复用和波分复用，易于形成分布式传感网络。因此，本专利技术将采用FBG传感器应变测量技术。
[0005]但是由于密封舱结构复杂，难以在部分关键位置甚至所有的位置上均安装传感器，应变场重构算法为应变监测提供了一种解决思路。应变场重构是指通过获取结构上少量测点的应变值，通过算法，计算出结构上其余位置的应变。目前主要有两种算法，一种是插值法，一种是力学分析法。插值法就是对测量的少量点的应变值进行插值，通过拟合函数计算获得结构上其余位置的应变值。力学分析法是对结构的力学模型进行分析，根据结构的力学特性及受载情况，获得结构的应变场。插值法虽然计算简单，但是该方法需要确定准确的插值函数，而复杂函数的插值函数确定起来较为困难。所以对于复杂结构来说，力学分析法更为适用。
[0006]依据力学分析的应变场重构算法主要包括模态法(MM)、逆有限元法(iFEM)和Ko位移理论。MM是将结构变形视为各模态下变形的叠加，重建方法对传感器布局、构件形状和模态顺序选择更敏感，在风力涡轮机叶片和简支梁中有更多的应用。最近，MM在中通过实验验证用于重建机翼的静态和动态位移。iFEM遵循有限元离散化原理，通过将结构离散为单元并使用位移插值函数和形式函数构造逆单元，通过测量应变和理论应变的最小二乘插值来求解节点位移。由于求解速度快，算法不依赖于材料性质和外载荷性质，近五年来在海洋工程、航空航天、复合材料等领域得到更广泛的应用，如逆有限元单元迄今为止，iQS4已用于
船体加筋和复合材料机翼，均具有令人满意的重建精度。iFEM领域的最新发展体现在引入可变截面梁、弯曲壳结构的等距公式，以及用于阶梯梁结构形状传感的新型等几何分析方法。Ko位移理论是基于欧拉
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伯努利梁的力模型，在被测构件受力不明确的情况下，可以实现从构件的实测应变信息到未知位移信息的转换，也不需要具体的被测构件的材料性能参数，对梁结构的变形有较好的影响，但传感器的布置间隔对精度的影响较大。
[0007]据专利技术人了解，虽然许多学者在应变测量和形状重构方面已经做了很多工作，但关于使用直接测量获得的应变数据对整个结构应变场的反演的研究较少。其中，应变场重构的研究对象大部分是简单结构，针对复杂结构的研究较少，大部分只针对应变的单一影响因素进行了研究，比如说载荷造成的应变，但空间舱舱体应变产生因素较多，仅考虑单一因素会造成较大的误差，因此选择恰当的方法对密封舱舱体进行应变场重构是一个有待于解决的难点。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本公开提出了一种轻量化舱体结构应变场重构方法及系统，以密封舱为研究对象，基于密封舱的服役过程中的受载情况，考虑了密封舱的静力学特性与动力学特性，将载荷/模态—应变矩阵代替了模态叠加法中的应变振型矩阵，避免了模态法中模态测试困难、模态阶数难以确定等问题，能够实现复杂结构的应变场重构；所述方案在线弹性范围内应变场重构的精度更高，重构效果更好。。
[0009]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种轻量化舱体结构应变场重构方法，采用如下技术方案：
[0010]一种轻量化舱体结构应变场重构方法，包括：
[0011]构建轻量化舱体结构模型；
[0012]对所构建的轻量化舱体结构模型进行不同载荷下的分析，得到不同载荷下的应变响应；
[0013]根据所得到的不同载荷下的应变响应，计算轻量化舱体的载荷应变响应；
[0014]对所构建的轻量化舱体结构模型进行不同模态下的振动分析，得到模态应变响应；
[0015]根据所得到的模态应变响应，计算轻量化舱体的振动应变响应；
[0016]基于所得到的轻量化舱体的载荷应变响应和振动应变响应，计算轻量化舱体的应变响应，完成轻量化舱体的结构应变场重构。
[0017]作为进一步的技术限定，所述不同载荷包括充气载荷、加速度载荷和重力及支撑载荷；所述不同载荷下的应变响应包括充气载荷所产生的应变响应、射过程中加速度载荷所产生的应变响应和垂直转运过程中重力和支撑载荷所产生的应变响应。
[0018]作为进一步的技术限定，对所构建的轻量化舱体结构模型进行有限元模态分析，根据模态有效质量原则，确定所截取的轻量化舱体结构模型的模态数量，到不同模态下的应变响应。
[0019]作为进一步的技术限定，在计算轻量化舱体的载荷应变响应的过程中，对所得到的不同载荷下的应变响应进行线性叠加，得到轻量化舱体的载荷应变响应；
[0020]所述轻量化舱体的载荷应变响应ε'
M
为
[0021]其中，M表示监测点，ε'1,ε'2…
,ε'
M
分别为矩阵ε'
M
中的矩阵元素，中的矩阵元素，和分别表示不同载荷的应变响应，ω'1，ω'2和ω'3分别表示不同载荷的应变响应的权重；表示在不同载荷分别作用下M个监测点的应变响应矩阵，且ω'3×1表示不同载荷分别作用下M个监测点的应变响应权重，且
[0022]进一步的，在计算轻量化舱体的振动应变响应的过程中，对所得到的模态应变响应进行线性叠加，得到轻量化舱体的振动应变响应；
[0023]所述轻量化舱体的振动应变响应ε”M
为多个载荷同时作用在轻量化舱体上时的振动应变响应，即其中，M表示监测点，ε”1
,ε”2
…
,ε”M
分别为矩阵ε”M
中的矩阵元素，中的矩阵元素，和分别表示不同模态下M个监测点的模态应变响应，ω”1
，ω”2
和ω”b
分别表示不同模态下M个监测点的模态应变响应的权重；表示在不同模态下M个监测点的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化舱体结构应变场重构方法，其特征在于，包括：构建轻量化舱体结构模型；对所构建的轻量化舱体结构模型进行不同载荷下的分析，得到不同载荷下的应变响应；根据所得到的不同载荷下的应变响应，计算轻量化舱体的载荷应变响应；对所构建的轻量化舱体结构模型进行不同模态下的振动分析，得到模态应变响应；根据所得到的模态应变响应，计算轻量化舱体的振动应变响应；基于所得到的轻量化舱体的载荷应变响应和振动应变响应，计算轻量化舱体的应变响应，完成轻量化舱体的结构应变场重构。2.如权利要求1中所述的一种轻量化舱体结构应变场重构方法，其特征在于，所述不同载荷包括充气载荷、加速度载荷和重力及支撑载荷；所述不同载荷下的应变响应包括充气载荷所产生的应变响应、射过程中加速度载荷所产生的应变响应和垂直转运过程中重力和支撑载荷所产生的应变响应。3.如权利要求1中所述的一种轻量化舱体结构应变场重构方法，其特征在于，对所构建的轻量化舱体结构模型进行有限元模态分析，根据模态有效质量原则，确定所截取的轻量化舱体结构模型的模态数量，到不同模态下的应变响应。4.如权利要求1中所述的一种轻量化舱体结构应变场重构方法，其特征在于，在计算轻量化舱体的载荷应变响应的过程中，对所得到的不同载荷下的应变响应进行线性叠加，得到轻量化舱体的载荷应变响应；所述轻量化舱体的载荷应变响应ε'
M
为其中，M表示监测点，ε'1,ε'2…
,ε'
M
分别为矩阵ε'
M
中的矩阵元素，中的矩阵元素，和分别表示不同载荷的应变响应，ω'1，ω'2和ω'3分别表示不同载荷的应变响应的权重；表示在不同载荷分别作用下M个监测点的应变响应矩阵，且ω'3×1表示不同载荷分别作用下M个监测点的应变响应权重，且5.如权利要求4中所述的一种轻量化舱体结构应变场重构方法，其特征在于，在计算轻量化舱体的振动应变响应的过程中，对所得到的模态应变响应进行线性叠加，得到轻量化舱体的振动应变响应；所述轻量化舱体的振动应变响应ε”M
为多个载荷同时作用在轻量化舱体上时的振动应
变响应，即其中，M表示监测点，ε”1
,ε”2
…
,ε”M
分别为矩阵ε”M
中的矩阵元素，中的矩阵元素，和分别表示不同模态下M个监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏钧涛，李昭华，孙玲玉，张雷，张法业，姜明顺，隋青美，贾磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：