CN105740490B - 一种虚拟应变片实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空强度试验技术领域，涉及一种虚拟应变片的实现方法。电阻应变片是飞机结构强度试验常用的一种应力、应变测量元件，以电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在飞机构件的测点上，构件受力后由于测点产生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化，再由专用仪器测得应变片的电阻变化大小，并转换为测点的应变值。本发明的目的是提供一种效率高、交互性好的虚拟应变片实现方法。

Description

一种虚拟应变片实现方法

技术领域

本发明属于航空强度试验技术领域，涉及一种虚拟应变片的实现方法。

背景技术

电阻应变片是飞机结构强度试验常用的一种应力、应变测量元件，以电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在飞机构件的测点上，构件受力后由于测点产生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化，再由专用仪器测得应变片的电阻变化大小，并转换为测点的应变值。

在试验过程中，为了得到理想的仿真结果和试验结果的比较分析与相关性评估，需要提前知道有限元结果与电阻应变片的对照表，即某个或某几个单元与其中一个电阻应变片的空间位置关系，而试验委托方提供的电测任务书未给出电阻应变片的三维信息，仅有基于二维的应变片粘贴示意图，无法建立相应的对照表。由于缺少应变片的三维信息，试验过程中仅能根据应变片号实现试验结果的数值、曲线输出，而对于该应变片在结构中的具体位置无法直观显示和定位，不利于试验的实时监控。同时，电阻应变片粘贴位置的不同会影响测量的灵敏度和误差，必须合理选取应变片的粘贴位置来提高测量精度。

而解决这些问题的一个有效的方法就是以数字样机技术为基础，设计虚拟应变片，通过虚拟应变片进行定位、粘贴设计、信息集成、和信息输出。

目前，我国航空企业大多采用法国达索公司的CATIA软件实现航空产品数字样机的设计、建模等，对某些特定的需求往往采用CATIA二次开发方式实现。CATIA的二次开发方式主要有两种：一是采用Automation技术，另一种是采用CAA(Component ApplicationArchitecture)技术。相比Automation技术，CAA技术可实现对CATIA交互过程的控制、定义新的参数入口、建立新的自定义特征，开发的程序能与CATIA保持统一界面。

发明内容

本发明的目的是提供一种效率高、交互性好的虚拟应变片实现方法。

一种虚拟应变片的实现方法，涉及常用的单片和45度花片，通过CATIA环境进行图形表述，并对不同类型虚拟应变片通过不同的外形进行区分，其特点是：虚拟单片由单个矩形图形构成，输入特征仅包括一个点和一条直线；虚拟花片由三个矩形图形组成，输入特征包括3个点，分别是花片中心点、0度方向点以及0度片方向和90度片方向平面上的点，为表述方便，3个点分别简称为花片1号点、花片2号点和花片3号点。虚拟应变片的实现步骤为：

(1)建立虚拟应变片特征

利用CAA技术建立虚拟应变片特征，定义输入输出及特征的功能属性。虚拟单片的输入特征为1个三维点和1条直线，输出特征为矩形平面数模，功能属性包括点坐标、方向矢量、应变值以及应变片号的设置等。虚拟花片的输入特征为3个三维点，输出特征为3个矩形平面组合而成的花片外型数模，功能属性包括3个点坐标、3个方向矢量、3个应变值以及3个应变片号的设置。

(2)绘制虚拟应变片数模

利用虚拟应变片特征的输入信息分别构建虚拟单片和虚拟花片数模。

所述虚拟单片的建模算法为：

(a)基于输入的线特征求得该特征的方向矢量；

(b)以输入的点特征为起点，沿线特征矢量的正负方向做延伸，形成一条直线；

(c)建立垂直于线特征矢量且经过点特征的临时线，并计算临时线的方向矢量；

(d)以第2步形成的直线为基础，沿临时线矢量的正负方向做延伸，形成矩形面，即虚拟单片数模。

所述虚拟花片的建模算法为：

(a)分别求出虚拟花片输入的3个点特征的坐标，并以花片1号点为起点，计算花片1号点指向花片2号点的方向矢量(记为A矢量)以及花片1号点指向花片3号点的方向矢量(记为B矢量)；

(b)将A矢量与B矢量做矢量的叉积，形成C矢量，再将C矢量与A矢量做矢量的叉积，得到D矢量；

(c)构建一个以花片1号点为圆心，位于A矢量和D矢量组成的平面的圆，并在该圆上求出45度角的点，记为花片4号点；

(d)计算花片1号点指向花片4号点的方向矢量，记为E矢量，并将花片2号点投影到该矢量的线段上求出投影点，记为花片5号点；

(e)计算花片5号点指向花片4号点的方向矢量，记为F矢量；

(f)以输入的花片1号点特征为起点，沿A矢量正负方向做延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿D矢量正负方向做延伸，形成矩形面，即花片0度片；

(g)以输入的花片1号点特征为起点，沿D矢量正负方向做延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿A矢量正负方向延伸，形成矩形面，即花片90度片；

(h)以输入的花片1号点特征为起点，沿E矢量正方向做延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿F矢量正负方向做延伸，形成矩形面，即花片45度片；

(i)对0度片、45度片和90度片做布尔加运算即为虚拟花片数模。

(3)建立虚拟应变片交互粘贴命令

创建虚拟应变片交互粘贴命令，其中包括用户交互选取点、线特征，在满足虚拟应变片绘制输入的条件下，实现虚拟应变片特征的建模。

与现有技术相比具有的优点或积极效果，本项发明完全是基于三维CATIA环境下而发明的虚拟应变片实现方法，通过自定义虚拟应变片特征，实现了电阻应变片的图形化表述，借助交互粘贴命令，在短时间内即可完成虚拟应变片的粘贴设计，解决了电阻应变片的直观显示和定位的难题，并为仿真结果与试验结果的评估、仿真模型的修正提供了得力工具，有利于试验的实时监控。

附图说明

图1是本发明虚拟单片模型构造图

图2是本发明虚拟花片模型构建原理图

图3是本发明虚拟花片模型构造图

图4是本发明虚拟花片交互粘贴命令流程图

1为虚拟单片的输入点特征，2为虚拟单片的输入线特征，3为点特征的延伸线，4为经过点特征且垂直线特征的临时线，5为虚拟单片数模，6为虚拟花片的输入点特征，即花片1号点，7为虚拟花片的输入点特征，即花片2号点，8为虚拟花片的输入点特征，即花片3号点，9为虚拟花片构造圆45度角上的点，即花片4号点，10为花片2号点的在E矢量上的投影点，即花片5号点，11为虚拟花片的输入点特征，即花片1号点，12为花片1号点沿A矢量的延伸线，13为虚拟花片0度片数模，14为花片1号点沿D矢量的延伸线，15为虚拟花片90度片数模，16为花片1号点沿E矢量的延伸线，17为虚拟花片45度片数模

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、达成目的和功效易于明白理解，下面结合附图对本发明做进一步说明，具体步骤如下：

1.建立虚拟应变片特征

通过CAA技术的特征库接口建立虚拟应变片特征，定义输入输出及特征的功能属性。虚拟单片的输入特征定义为1个三维点和1条直线，输出特征为矩形平面数模，通过函数接口扩展特征功能属性，包括点坐标、直线方向矢量、应变值以及应变片号的设置等。虚拟花片的输入特征定义为3个三维点，输出特征为3个矩形平面组合而成的花片外型数模，并通过函数接口扩展特征功能属性，包括3个点坐标、3个方向矢量、3个应变值以及3个应变片号的设置。

2.绘制虚拟应变片数模

利用虚拟应变片特征的输入信息分别构建虚拟单片和虚拟花片数模。

参见图1，所述虚拟单片的建模算法为：

1)基于输入的线特征求得该特征的方向矢量；

2)以输入的点特征为起点，沿线特征矢量的正负方向做延伸，形成一条延伸线；

3)建立垂直于线特征矢量且经过点特征的临时线，并计算临时线的方向矢量；

4)以第2步形成的直线为基础，沿临时线矢量的正负方向做延伸，形成矩形面，即虚拟单片数模。

参见图2和图3，所述虚拟花片的建模算法为：

1)分别求出虚拟花片输入的3个点特征的坐标，并以花片1号点为起点，计算花片1号点指向花片2号点的方向矢量(记为A矢量)以及花片1号点指向花片3号点的方向矢量(记为B矢量)；

3)将A矢量与B矢量做矢量的叉积，形成C矢量，再将C矢量与A矢量做矢量的叉积，得到D矢量；

4)构造一个以花片1号点为圆心，位于A矢量和D矢量组成的平面且半径为R的圆，并在该圆上求出45度角的点，记为花片4号点；

5)计算花片1号点指向花片4号点的方向矢量，记为E矢量，并将花片2号点投影到该矢量的线段上求出投影点，记为花片5号点；

6)计算花片5号点指向花片4号点的方向矢量，记为F矢量；

7)以输入的花片1号点特征为起点，沿A矢量正方向做值为R延伸，负方向做值为d的延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿D矢量正负方向做值为d的延伸，形成矩形面，即花片0度片；

8)以输入的花片1号点特征为起点，沿D矢量正方向做值为R延伸，负方向做值为d的延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿A矢量正负方向做值为d的延伸，形成矩形面，即花片90度片；

9)以输入的花片1号点特征为起点，沿E矢量正方向做值为R延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿F矢量正负方向做值为d的延伸，形成矩形面，即花片45度片；

10)对花片的0度片、45度片和90度片做布尔加运算即为虚拟花片数模。

3.建立虚拟应变片交互粘贴命令

创建虚拟应变片交互粘贴命令，以状态步的方式逐步实现点、线特征的交互选取、片号的配置以及虚拟应变片的数模绘制。

虚拟单片粘贴命令分3个状态步：依次为点特征状态步、线特征状态步以及应变片号状态步。线特征状态步判断点特征状态步得到的点是否经过该线特征，如若经过，返回线特征状态步，反之则进入应变号状态步，而应变片号状态步判断输入的片号是否与文档中的虚拟单片相同，如若相同，返回应变片号状态步，反之则构建虚拟单片特征并结束命令。

虚拟花片粘贴命令分4个状态步：依次为花片1号点状态步、花片2号点状态步、花片3号点状态步以及应变片号状态步，与虚拟单片类似，虚拟花片在2号点状态步时判断是否与花片1号点重合，在3号点状态步时判断是否经过前2个状态步的点组成的线特征，流程参见图4。

Claims (1)

1.一种虚拟应变片的实现方法，对单片和45度花片，通过CATIA环境进行图形表述，并对不同类型虚拟应变片通过不同的外形进行区分，其特点是：虚拟单片由单个矩形图形构成，输入特征仅包括一个点和一条直线；虚拟花片由三个矩形图形组成，输入特征包括3个点，分别是花片中心点、0度方向点以及0度片方向和90度片方向平面上的点，所述3个点分别简称为花片1号点、花片2号点和花片3号点；虚拟应变片的实现步骤为：

(1)建立虚拟应变片特征

利用CAA技术建立虚拟应变片特征，定义输入输出及特征的功能属性；虚拟单片的输入特征为1个三维点和1条直线，输出特征为矩形平面数模，功能属性包括点坐标、方向矢量、应变值以及应变片号；虚拟花片的输入特征为3个三维点，输出特征为3个矩形平面组合而成的花片外型数模，功能属性包括3个点坐标、3个方向矢量、3个应变值以及3个应变片号；

(2)绘制虚拟应变片数模

利用虚拟应变片特征的输入信息分别构建虚拟单片和虚拟花片数模；

所述虚拟单片的建模算法为：

(a)基于输入的线特征求得该特征的方向矢量；

(b)以输入的点特征为起点，沿线特征矢量的正负方向做延伸，形成一条直线；

(c)建立垂直于线特征矢量且经过点特征的临时线，并计算临时线的方向矢量；

(d)以步骤(b)形成的直线为基础，沿临时线矢量的正负方向做延伸，形成矩形面，即虚拟单片数模；

所述虚拟花片的建模算法为：

(a)分别求出虚拟花片输入的3个点特征的坐标，并以花片1号点为起点，计算花片1号点指向花片2号点的方向矢量，记为A矢量；以及花片1号点指向花片3号点的方向矢量，记为B矢量；

(b)将A矢量与B矢量做矢量的叉积，形成C矢量，再将C矢量与A矢量做矢量的叉积，得到D矢量；

(c)构建一个以花片1号点为圆心，位于A矢量和D矢量组成的平面的圆，并在该圆上求出45度角的点，记为花片4号点；

(d)计算花片1号点指向花片4号点的方向矢量，记为E矢量，并将花片2号点投影到E矢量的线段上求出投影点，记为花片5号点；

(e)计算花片5号点指向花片4号点的方向矢量，记为F矢量；

(f)以输入的花片1号点特征为起点，沿A矢量正负方向做延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿D矢量正负方向做延伸，形成矩形面，即花片0度片；

(g)以输入的花片1号点特征为起点，沿D矢量正负方向做延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿A矢量正负方向延伸，形成矩形面，即花片90度片；

(h)以输入的花片1号点特征为起点，沿E矢量正方向做延伸，形成一条直线，再以该直线为基础，沿F矢量正负方向做延伸，形成矩形面，即花片45度片；

(i)对0度片、45度片和90度片做布尔加运算即为虚拟花片数模；

(3)建立虚拟应变片交互粘贴命令

创建虚拟应变片交互粘贴命令，其中包括用户交互选取点和/或线特征，在满足虚拟应变片绘制输入的条件下，实现虚拟应变片特征的建模。