本发明专利技术公开了一种基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，包括：在旋转结构表面上建立坐标系体系，选取旋转结构靠近上下边缘以及中心轴位置，作为三条传感器布置区域的路径；在所述三条路径上分别布置激光位移传感器网络，采集各个激光位移传感器测量所得旋转结构对应的离散位移数据；定义沿旋转结构沿上表面中心轴轴线方向以及所述三条路径的三向应变和相应转角；计算旋转结构沿上表面中心轴轴线方向的扭转角。本发明专利技术快速通过有限离散位移测量数据，反演出结构路径的三向应变信息；适用于旋转结构、高温结构等一系列不便于接触式应变测量的机械工程结构，在结构健康监测和损伤识别诊断方面具有较强的工程适用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构健康监测领域，尤其涉及一种面向旋转结构和高温结构的、基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法。
技术介绍
1、航空航天领域典型旋转结构如直升机旋翼、发动机涡轮叶片等，在高速旋转过程中因气动载荷作用将发生变形，此过程也将使桨叶表面应变发生变化。及时获取桨叶结构应变响应和分布信息，对于实现桨叶结构健康监测与剩余寿命预测具有重要意义，因此如何有效获取旋转过程中的桨叶表面不同方向应变分布成为亟待解决的关键技术问题。同时，对于高温热结构强度与环境测试需求，如果选择采用接触式方法直接测量目标结构应变特征，则不仅需要研制满足热测量环境的特种高温应变片，还需要解决应变片与高温热结构的高可靠性胶接集成难点。
2、在旋转结构和高温热结构应变监测与反演方面，目前传统测量方法为在旋转结构表面粘贴应变片，结合滑环引电器，遥测技术等实现动应变测量，但应变片测量存在诸多缺点，如因增加传感器附加质量而改变被测结构模态特征、不适于高速旋转工况、安装方式严苟、在高温高压环境下易失效等，均造成测量不准确和测试系统无法稳定工作。
3、3d-dic作为一种应变测量的非接触式方法，受到越来越多研究者的关注，虽然3d-dic测量的应变结果具有较高精度，但是在某些特定的场合不太适用，而且对于在线测量，dic测量的速度还有待于提高。除此之外，目前国外研究者采用３dpt法实现“应变模态”模型的建立，但该方法由于受测量点数量的限制，而无法根据有限点的位移对全局应变进行预测，因此利用有限测点实现全局预测的扩展技术是必不可少的。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种面向旋转结构和高温结构的、基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法。
2、技术方案：本专利技术包括以下步骤：
3、1）面向旋转结构表面上建立坐标系体系，选取旋转结构靠近上下边缘以及中心轴位置，作为三条传感器布置区域的路径，即
path1、
path2、
path3；
4、2）在所述三条路径上分别布置激光位移传感器，采集各个激光位移传感器测量所得旋转结构对应的离散位移数据，基于测量所得离散位移数据，采用伽辽金法进行连续化处理，获取沿旋转结构x轴方向位移分布曲线；
5、3）将旋转结构沿上表面中心轴轴线方向划分为等长度的
m个微段，同时定义沿旋转结构沿上表面中心轴轴线方向
path1、
path2、
path3三条路径上对应的
m个弧长微段处位移，以及所述三条路径的三向应变和相应转角；
6、4）根据铁木辛柯理论，确定沿上表面中心轴轴线方向的扭转角，即可反演出沿中心轴轴线方向路径上的每个微段的三向应变。
7、进一步地，所述步骤1）包括：
8、1.1）以旋转结构根部剖面与上表面相交区域的中心位置
o点作为坐标原点，沿旋转结构弦向方向作为y轴正方向，以厚度方向向上作为z轴正方向，沿旋转结构展向方向作为x轴正方向，并定义角度逆时针为正方向；
9、1.2）选取旋转结构沿展向上、下边缘以及中心轴位置，作为三条位移采集路径，即
path1、
path2、
path3，以
o点为起点，沿着x轴方向，接近平滑区域处，绘制垂直线，与靠近上下边缘和中心轴相交于a、c、e三点；接近旋转结构末端处，再次绘制垂直线，与靠近上下边缘和中心轴相交于b、d、f三点，以a为起点，b为终点，将ab连线定义为路径
path2；以c为起点，d为终点，将cd连线定义为路径
path1；以e为起点，f为终点，将ef连线定义为路径
path3，a、b、c、d、e、f均为激光位移传感器测量点。
10、进一步地，所述步骤2）包括：
11、提取位移采集路径
path1上
n1
i个位移传感器的测量位移值，定义为，(
i=1,
2,…n)，
12、提取位移采集路径
path2上
n2
i个位移传感器的测量位移值，定义为，(
i=1,
2,…n)，
13、提取位移采集路径
path3上
n3
i个位移传感器的测量位移值，定义为，(
i=1,
2,…n)。
14、进一步地，所述步骤3）包括：
15、3.1）将三条路径沿x轴方向划分为等长度的
m个微段，定义该弧长微段长度为
l，旋转结构总长度为
l，定义
path1
、path2
、path3上每个弧长微段
j，其中
j=1
,2
,…m处位移为、、；
16、3.2）定义三条路径每个弧长微段
j，其中
j=1
,2
,…m处，沿0°方向切应变为，沿45°方向切应变为，沿-45°方向切应变为，转角为。
17、进一步地，所述步骤4）包括：
18、4.1）根据薄膜比拟理论，对于旋转结构，计算其在扭转变形时的应力和变形；
19、4.2）再根据铁木辛柯理论，推导出
path1
、path2
、path3分别在第
j段端面处位移，并反演出沿中心轴轴线方向路径上的每个微段的三向应变。
20、进一步地，所述步骤4.1）包括：
21、当旋转结构受到扭矩m而发生扭转时，最大切应力发本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤1）包括：
3.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤2）包括：
4.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤3）包括：
5.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤4）包括：
6.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤4.1）包括：
7.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤4.2）中：
【技术特征摘要】
1.一种基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤1）包括：
3.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反演方法，其特征在于，所述步骤2）包括：
4.根据权利要求1所述的基于非接触离散位移测量的旋转结构三向应变反...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱洋洋，曾捷，吴亚星，崔金鹏，朱林枫，邵凡，邵敏强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。