CN105701316A - 一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：对试验件施加载荷；步骤2：获取最大偏置量；步骤3：选取试验状态；步骤4：建立热源有限元模型；步骤5：形成多个包括热源有限元模型以及试验件的待测有限元模型；步骤6：进行有限元模拟；步骤7：获取节点温度之差的方差；步骤8：选取各个节点中方差最小值点为最佳温度控制点。本发明所提供的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法使用热源加热方案，并对加载过程中出现的试验件受热不均匀问题进行温度控制点选取的优化分析，找出最优温度控制点布置方案，在控制成本、保证试验周期的前提下满足试验控制精度。

Description

一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法

技术领域

本发明涉及力热结合学技术领域，特别是涉及一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法。

背景技术

针对悬臂状态布置的试验件，沿长度方向一端固支，另一端自由，同时受到力/热载荷作用，在加载过程中试验件自由端挠度随时间发生变化。

在这一过程中，若要求加热器到试验件表面距离保持不变，需采用加热器随动设计。但考虑到采用加热器随动设计会增加加热器系统复杂程度，降低系统可靠性，此外采用随动设计会极大的增加加工成本并使试验周期延长。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，所述试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法包括如下步骤：步骤1：将试验件的一端进行固定，并对另一端施加载荷；步骤2：获取试验件的最大偏置量；步骤3：在不超过试验件的最大偏置量的前提下选取试验件的多个偏置状态作为试验状态，其中，至少包括试验件无偏置时的状态；步骤4：建立热源有限元模型；步骤5：将每个所述试验状态与所述步骤4中的热源有限元模型结合，从而形成多个包括热源有限元模型以及试验件的待测有限元模型，各个待测有限元模型能够体现所述试验件在施加载荷的情况下的运动顺序性；步骤6：对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予，从而进行有限元模拟，并检测有限元模拟后的每个待测有限元模型中的试验件表面的沿试验件的轴向方向排列的节点的温度；步骤7：通过方差法获取每个待测有限元模型中、每个节点的温度与其相应所在的待测有限元模型中试验件中具有表面最高温度的节点以及具有表面最低温度的节点的方差；步骤8：选取所述各个节点中方差最小值点为最佳温度控制点。

优选地，所述步骤2中的最大偏置量包括向一个方向弯曲的最大偏置量以及向与该方向相反的方向弯曲的最大偏置量。

优选地，所述步骤5中的每个待测有限元模型的有限元节点编号、单元数量均相同。

优选地，所述步骤5中的将每个所述试验状态与所述步骤4中的热源有限元模型结合具体为：建立每个所述试验状态的几何模型；将几何模型与所述热源有限元模型结合。

优选地，所述偏置状态的数量为10个。

优选地，所述步骤6中的对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予具体为：各个待测有限元模型之间根据试验件在施加载荷的情况下的运动顺序性进行温度以及时间数值给予，其中，试验件无偏置时的状态所对应的待测有限元模型作为首位待测有限元模型，所述首位待测有限元模型的温度为给定温度，在其之后的各个待测有限元模型的温度为经过时间以及热源结合计算后的温度。

优选地，所述步骤4中的热源有限元模型中的热源包括石英灯以及反射板。

本发明所提供的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法使用热源加热方案，并对加载过程中出现的试验件受热不均匀问题进行温度控制点选取的优化分析，找出最优温度控制点布置方案，在控制成本、保证试验周期的前提下满足试验控制精度。

附图说明

图1是根据本发明的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法的流程示意图。

图2是图1所示的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法的试验时结构示意图。

图3是图2所示的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法中的试验件的偏置示意图。

附图标记：

1	试验件	3	石英灯
				2	反射板

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是根据本发明的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法的流程示意图。

图1所示的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法包括如下步骤：步骤1：将试验件的一端进行固定，并对另一端施加载荷；步骤2：获取试验件的最大偏置量；步骤3：在不超过试验件的最大偏置量的前提下选取试验件的多个偏置状态作为试验状态，其中，至少包括试验件无偏置时的状态；步骤4：建立热源有限元模型；步骤5：将每个试验状态与步骤4中的热源有限元模型结合，从而形成多个包括热源有限元模型以及试验件的待测有限元模型，各个待测有限元模型能够体现试验件在施加载荷的情况下的运动顺序性；步骤6：对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予，从而进行有限元模拟，并检测有限元模拟后的每个待测有限元模型中的试验件表面的沿试验件的轴向方向排列的节点的温度；步骤7：通过方差法获取每个待测有限元模型中、每个节点的温度分别与其相应所在的待测有限元模型中试验件中具有表面最高温度的节点以及具有表面最低温度的节点的方差；步骤8：选取各个节点中方差最小值点为最佳温度控制点。

参见图1，在本实施例中，步骤2中的最大偏置量包括向一个方向弯曲的最大偏置量以及向与该方向相反的方向弯曲的最大偏置量。举例来说，以图3为例，在受到载荷后，试验件1向上方的最大偏置量(图3所示上方)为20mm，试验件1向下方的最大偏置量(图3所示下方)为8mm。

在本实施例中，步骤5中的每个待测有限元模型的有限元节点编号、单元数量均相同。

在本实施例中，步骤5中的将每个试验状态与步骤4中的热源有限元模型结合具体为：建立每个试验状态的几何模型；将几何模型与所述热源有限元模型结合。

可以理解的是，上述的步骤5中的将每个试验状态与步骤4中的热源有限元模型结合还可以采用其他方法，例如，直接在已经建立的热源有限元模型中增加各个试验状态的有限元模型。

在本实施例中，偏置状态的数量为10个。可以理解的是，该偏置状态的数量的选择可以根据需要而自行设定。例如，偏置状态的数量为8个、12个或者其他数量。有利的是，偏置状态的选取尽量包括试验件向上(图3所示上方)以及试验件向下(图3所示下方)偏置。

在本实施例中，步骤6中的对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予具体为：各个待测有限元模型之间根据试验件在施加载荷的情况下的运动顺序性进行温度以及时间数值给予，其中，试验件无偏置时的状态所对应的待测有限元模型作为首位待测有限元模型，首位待测有限元模型的温度为给定温度，在其之后的各个待测有限元模型的温度为经过时间以及热源结合计算后的温度。

参见图2，在本实施例中，步骤4中的热源有限元模型中的热源包括石英灯以及反射板。

下面以图2所示实施例为例对本申请的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法进行详细阐述。可以理解的是，该举例并不构成对本申请的任何限制。

参见图2，通过步骤1将试验件1的一端进行固定，并对另一端施加载荷。

进行步骤2，获取试验件1的最大偏置量。在该举例中，通过理论计算的方法获取。可以理解的是，还可以通过试验的方式获取。

在本实施例中，试验件在单纯外力作用下，试验件先向上偏移20mm，在向下偏移8mm。

进行步骤3，选取多个偏置状态，具体地，在该实施例中，偏置状态包括：

1)状态1：试验件位于水平位置，无偏置；

2)状态2：试验件自由端向上偏置4mm；

3)状态3：试验件自由端向上偏置8mm；

4)状态4：试验件自由端向上偏置12mm；

5)状态5：试验件自由端向上偏置16mm；

6)状态6：试验件自由端向上偏置20mm；

7)状态7：试验件自由端向下偏置2mm；

8)状态8：试验件自由端向下偏置4mm；

9)状态9：试验件自由端向下偏置6mm；

10)状态10：试验件自由端向下偏置8mm。

进行步骤4，建立热源有限元模型，在本实施例中，热源包括石英灯3以及反射板2。具体地放置位置关系如图3所示。

进行步骤5，将每个试验状态与步骤4中的热源有限元模型结合，从而形成多个包括热源有限元模型以及试验件1的待测有限元模型，各个待测有限元模型能够体现试验件1在施加载荷的情况下的运动顺序性。

具体地，以本实施例为例，根据步骤上述10种状态在热源有限元模型中分别建立各自的待测有限元模型，每一种模型的节点编号、单元数量完全对应一致，唯一的不同是节点坐标不同，共19种模型；且步骤6中的对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予具体为：各个待测有限元模型之间根据试验件1在施加载荷的情况下的运动顺序性进行温度以及时间数值给予，其中，试验件1无偏置时的状态所对应的待测有限元模型作为首位待测有限元模型，首位待测有限元模型的温度为给定温度，在其之后的各个待测有限元模型的温度为经过时间以及热源结合计算后的温度：

1)待测有限元模型1(首位待测有限元模型)：水平位置模型，温度计算时间长度20s，温度为环境温度(本实施例为25度)。

2)待测有限元模型2：试验件自由端向上偏置4mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型2的温度为待测有限元模型1的温度加上通过热源照射20s后的温度)；

3)待测有限元模型3：试验件自由端向上偏置8mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型3的温度为待测有限元模型2的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

4)待测有限元模型4：试验件自由端向上偏置12mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型4的温度为待测有限元模型3的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

5)待测有限元模型5：试验件自由端向上偏置16mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型5的温度为待测有限元模型4的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

6)待测有限元模型6：试验件自由端向上偏置20mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型6的温度为待测有限元模型5的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

7)待测有限元模型7：试验件自由端向上偏置16mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型7的温度为待测有限元模型6的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

8)待测有限元模型8：试验件自由端向上偏置12mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型8的温度为待测有限元模型7的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

9)待测有限元模型9：试验件自由端向上偏置8mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型9的温度为待测有限元模型8的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

10)待测有限元模型10：试验件自由端向上偏置4mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型10的温度为待测有限元模型9的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

11)待测有限元模型11：水平位置模型，温度计算时间长度10s(待测有限元模型11的温度为待测有限元模型10的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

12)待测有限元模型12：试验件自由端向下偏置2mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型12的温度为待测有限元模型11的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

13)待测有限元模型13：试验件自由端向下偏置4mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型13的温度为待测有限元模型12的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

14)待测有限元模型14：试验件自由端向下偏置6mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型14的温度为待测有限元模型13的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

15)待测有限元模型15：试验件自由端向下偏置8mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型15的温度为待测有限元模型14的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

16)待测有限元模型16：试验件自由端向下偏置6mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型16的温度为待测有限元模型15的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

17)待测有限元模型17：试验件自由端向下偏置4mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型17的温度为待测有限元模型16的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

18)待测有限元模型18：试验件自由端向下偏置2mm，温度计算时间长度10s(待测有限元模型18的温度为待测有限元模型17的温度加上通过热源照射10s后的温度)；

19)待测有限元模型19：水平位置模型，温度计算时间长度10s(待测有限元模型19的温度为待测有限元模型18的温度加上通过热源照射10s后的温度)。

从上述可以看出，各个有限元模型的排列顺序是以试验件的运动顺序进行排列的。即虽然只有10个状态，却组合成19个有限元模型。具体地，以试验件未收到载荷为首位待测有限元模型，其次以受到载荷后向上偏移4mm、向上偏置8mm、向上偏置12mm、向上偏置16mm直至向上偏置20mm，当到达最大偏置度时，试验件自然回收，从而以向上偏置16mm、向上偏置12mm、向上偏置8mm、向上偏置4mm、水平位置、向下偏置2mm、向下偏置4mm、向下偏置6mm、向下偏置8mm、向下偏置6mm、向下偏置4mm、向下偏置2mm直至最后返回水平位置。从而体现了试验件的运动顺序。

可以理解的是，之所以按照该运动顺序，是因为每个待测有限元模型下的温度与前一个待测有限元状态下的温度之间是叠加的关系，因此，有限元模型也必须是按照合理的顺序进行。

进行步骤7，通过方差法获取每个待测有限元模型中、每个节点的温度与其相应所在的待测有限元模型中试验件1中具有表面最高温度的节点以及具有表面最低温度的节点之差的方差。

最后进行步骤8，选取各个节点中方差最小值点为最佳温度控制点。

本发明所提供的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法使用热源加热方案，并对加载过程中出现的试验件受热不均匀问题进行温度控制点选取的优化分析，找出最优温度控制点布置方案，在控制成本、保证试验周期的前提下满足试验控制精度。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将试验件(1)的一端进行固定，并对另一端施加载荷；

步骤2：获取试验件(1)的最大偏置量；

步骤3：在不超过试验件(1)的最大偏置量的前提下选取试验件(1)的多个偏置状态作为试验状态，其中，至少包括试验件(1)无偏置时的状态；

步骤4：建立热源有限元模型；

步骤5：将每个所述试验状态与所述步骤4中的热源有限元模型结合，从而形成多个包括热源有限元模型以及试验件(1)的待测有限元模型，各个待测有限元模型能够体现所述试验件(1)在施加载荷的情况下的运动顺序性；

步骤6：对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予，从而进行有限元模拟，并检测有限元模拟后的每个待测有限元模型中的试验件(1)表面的沿试验件的轴向方向排列的节点的温度；

步骤7：通过方差法获取每个待测有限元模型中、每个节点的温度与其相应所在的待测有限元模型中试验件(1)中具有表面最高温度的节点以及具有表面最低温度的节点的方差；

步骤8：选取所述各个节点中方差最小值点为最佳温度控制点。

2.如权利要求1所述的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述步骤2中的最大偏置量包括向一个方向弯曲的最大偏置量以及向与该方向相反的方向弯曲的最大偏置量。

3.如权利要求2所述的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述步骤5中的每个待测有限元模型的有限元节点编号、单元数量均相同。

4.如权利要求3所述的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述步骤5中的将每个所述试验状态与所述步骤4中的热源有限元模型结合具体为：

建立每个所述试验状态的几何模型；

将几何模型与所述热源有限元模型结合。

5.如权利要求4所述的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述偏置状态的数量为10个。

6.如权利要求1所述的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述步骤6中的对步骤5中的各个待测有限元模型进行温度、时间数值给予具体为：各个待测有限元模型之间根据试验件(1)在施加载荷的情况下的运动顺序性进行温度以及时间数值给予，其中，试验件(1)无偏置时的状态所对应的待测有限元模型作为首位待测有限元模型，所述首位待测有限元模型的温度为给定温度，在其之后的各个待测有限元模型的温度为经过时间以及热源结合计算后的温度。

7.如权利要求1所述的试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其特征在于，所述步骤4中的热源有限元模型中的热源包括石英灯(3)以及反射板(2)。