CN106338238A - 一种大构件三坐标‑应变联合测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工程力学专业的应变测量领域，提出一种大构件三坐标‑应变联合测量方法。该方法先得到静态应变仪端口T与应变测量值E的对应关系、线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系、应变测点A与线端标识码M的对应关系和测点三坐标G与应变测点A的对应关系；再将得到的对应关系进行合并，得到测点综合信息数据库；最后利用测点综合信息数据库得到待测区域的应力应变测量预测值。本发明可以实时单点调用和多点区域插值，能够应用在导弹、重型运载火箭壳体大构件实验测量现场，构建应变测点综合信息数据库，实时掌握结构特定位置处应变测量值的变化情况，进而在测量现场实现数据的交互呈现与处理。
Description
技术领域
本发明属于工程力学专业的应变测量领域，涉及一种大构件三坐标-应变联合测量方法。
背景技术
一般弹性物体在受到外力作用下会产生一定的变形，变形的程度称应变。应变有正应变(线应变)，切应变(角应变)及体应变。其中，正应变公式为ε＝ΔL/L，式中L是变形的前长度，ΔL是其变形后的伸长量。
在实际实验中，无法对应力进行测量，先测量应变，再根据胡克定律ε＝σ/E，计算得到应力场。本发明采用的应变测量方式为应变片测量。但是实验时很难对构建进行实时定点监测。
然而在大构件应变测量实验现场，特别是我国大型导弹、重型运载火箭壳体实验验证现场，对构件的实时监控具有重要意义。首先通过对构件的实时监测，可以实时得到构件的应变分布情况，计算其应力分布情况，进而推测出构件在实验过程中存在的问题和误差。其次，在实验过程中，对构件实时监控，必要时可以对实验进行改进，从而避免实验由于不当导致的失败，间接挽回必要的人力物力财力。另外，实验过程中，应变场实时发生变化，过程中的危险点的位置可能随机产生，不一定发生数值模拟分析中的危险点处。所以实时测量在实验过程中观测到的危险点的应变值对应变测量实验具有重要意义。因此，对任意一点的实时监控不仅可以实时监测任意位置的实时应变，还可以对实验的过程进行深入研究，对研究导弹火箭壳体大构件的破坏原理更有帮助。
另外，应变片无法贴满整个实验件，所以有一些区域由于没有应变片直接测量无法得到准确的应变值。本发明依据构件特定区域的测点信息，按合适的插值方法，可获得该区域的应力应变测量预测值，该预测值可与数值仿真结果进行对比分析、相互验证。因此非常有必要提出一种大构件三坐标-应变联合测量方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种大构件三坐标-应变联合测量方法。本发明基于大直径导弹、重型运载火箭筒壳结构三维形貌测量技术，获取对应应变测点处的三坐标信息，构建应变测点应变测量值与大构件三维模型形貌、空间坐标信息的测点综合信息数据库。实验时获得特定位置的空间坐标信息，利用建立的测点综合信息数据库，输出对应特定位置的应变测量值，解决大构件应变测量时,无法实时监测某一位置应变的问题。进而在大构件实验测量现场，可以对任意位置的应变值进行实时监测，为实验加载以及实验分析提供指导依据。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种大构件三坐标-应变联合测量方法,包括以下步骤：
第一步,得到静态应变仪端口T与应变测量值E的对应关系
将多个应变片按照要求贴在试验件表面的多个应变测点A处，每一个应变片对应一根两端带有线端标识码的导线；将应变片与两端带有线端标识码的导线的一端连接，导线的另一端与电阻应变仪的一个测量端口T连接，电阻应变仪输出测量端口T在不同时刻的应变测量值E,建立测量端口T与应变测量值E的对应关系文件，即T-E文件,得到电阻应变仪测量端口T与应变测量值E的对应关系。所述的应变片的具体个数根据实验需求确定。
第二步，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系
使用扫码器分别扫描导线上靠近电阻应变仪的线端标识码M，按照电阻应变仪测量端口T序号的大小顺序，依次识别与电阻应变仪相连导线上的线端标识码M的信息，建立线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系文件，即M-T文件，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系；或者在M-T文件添加每个端口的温度补偿标记信息、测量端口灵敏度信息后，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系。
第三步，得到应变测点A与线端标识码M的对应关系
使用扫码器分别扫描导线上靠近应变片的线端标识码，按照应变片对应的应变测点A编号的大小顺序，依次识别与应变片相连导线上线端标识码M的信息,建立线端标识码M与应变测点A的对应关系文件，M-A文件,得到应变测点A与线端标识码M的对应关系；或者在M-A文件中添加每个应变测点A所贴应变片的阻值、测点测量物理量类型信息后，得到应变测点A与线端标识码M的对应关系。
第四步，得到测点三坐标G与应变测点A的对应关系
按照应变测点A编号的大小顺序，利用三坐标测量仪测量应变测点A的位置信息，建立测点三坐标G与应变测点A的对应关系文件，G-A文件，得到测点三坐标G与应变测点A的对应关系。
第五步，将上述得到的对应关系进行合并，得到测点综合信息数据库
每一根导线两端的线端标识码M唯一对应，首先将M-T文件和M-A文件整合成A-M-T文件，再将T-E文件和A-G文件整合到A-M-T文件中得到测点综合信息数据库。所述的测点综合信息数据库中不同时刻每一个应变测点A的编号都唯一对应一个线端标识码M、一个测量点位置信息G、一个电阻应变仪测量端口序号T和一个应变测量值E。
第六步，首先工作人员输入试验件待监测应变测点的空间坐标G′，或者通过激光笔远距离照射或扫码枪近距离指示试验件待监测应变测点，利用三坐标测量仪测量此处空间坐标G′；再通过测点综合数据库查找空间坐标G′对应的应变测量值E或应变曲线；最后根据多个待测应变测点的应变测量值E或应变曲线得到待测区域的应变数据，利用合适的插值方法，得到待测区域的应力应变测量预测值，该应力应变测量预测值与数值仿真结果进行对比分析、相互验证。
本发明的有益效果为：本发明依据测点综合信息数据库，能够在测量现场实现数据的交互呈现与处理。优势具体体现在两个方面：第一，实时单点调用。实验人员可在实验现场利用激光笔远距离或扫码枪近距离指示待调用测点，测量系统捕捉到改点后便可反馈该点应变的实时测量值与应变变化历史曲线等。这便大大方便了实验现场的数据处理与实验响应的机动性，为实验加载以及实验分析提供指导、依据。第二，多点区域插值。依据构件特定区域的测点信息，按合适的插值方法，可获得该区域的应力应变测量预测值，该预测值可与数值仿真结果进行对比分析、相互验证。本发明能够应用在导弹、重型运载火箭壳体大构件实验测量现场，构建应变测点综合信息数据库，实时掌握结构特定位置处应变测量值的变化情况，进而在测量现场实现数据的交互呈现与处理，十分有望成为我国大直径导弹、重型运载火箭筒壳结构设计等航空航天领域筒壳结构实验测量的设计方案。
附图说明
图1为本发明一种大构件三坐标-应变联合测量方法流程图。
具体实施方式
本发明提供种大构件三坐标-应变联合测量方法，参考图1中，虚线以上部分为本发明相关的硬件设备：试验件、应变片、连接导线、电阻应变仪、扫码器、三坐标测量仪。虚线以下部分为本相关的软件系统，本部分的主要任务是对硬件设备输出的信息综合处理，建立一个测点综合信息数据库。具体包括以下步骤：
第一步,得到静态应变仪端口T与应变测量值E的对应关系
将多个应变片按照要求贴在试验件表面的多个应变测点A处，每一个应变片对应一根两端带有线端标识码的导线；将应变片与两端带有线端标识码的导线的一端连接，导线的另一端与电阻应变仪的一个测量端口T连接，电阻应变仪输出测量端口T在不同时刻的应变测量值E,建立测量端口T与应变测量值E的对应关系文件，即T-E文件,得到电阻应变仪测量端口T与应变测量值E的对应关系。所述的应变片的具体个数根据实验需求确定。
第二步，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系
使用扫码器分别扫描导线上靠近电阻应变仪的线端标识码M，按照电阻应变仪测量端口T序号的大小顺序，依次识别与电阻应变仪相连导线上的线端标识码M的信息，建立线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系文件，即M-T文件，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系；或者在M-T文件添加每个端口的温度补偿标记信息、测量端口灵敏度信息后，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系。
第三步，得到应变测点A与线端标识码M的对应关系
使用扫码器分别扫描导线上靠近应变片的线端标识码，按照应变片对应的应变测点A编号的大小顺序，依次识别与应变片相连导线上线端标识码M的信息,建立线端标识码M与应变测点A的对应关系文件，M-A文件,得到应变测点A与线端标识码M的对应关系；或者在M-A文件中添加每个应变测点A所贴应变片的阻值、测点测量物理量类型信息后，得到应变测点A与线端标识码M的对应关系。
第四步，得到测点三坐标G与应变测点A的对应关系
按照应变测点A编号的大小顺序，利用三坐标测量仪测量应变测点A的位置信息，建立测点三坐标G与应变测点A的对应关系文件，G-A文件，得到测点三坐标G与应变测点A的对应关系。
第五步，将上述得到的对应关系进行合并，得到测点综合信息数据库
每一根导线两端的线端标识码M唯一对应，首先将M-T文件和M-A文件整合成A-M-T文件，再将T-E文件和A-G文件整合到A-M-T文件中得到测点综合信息数据库。所述的测点综合信息数据库中不同时刻每一个应变测点A的编号都唯一对应一个线端标识码M、一个测量点位置信息G、一个电阻应变仪测量端口序号T和一个应变测量值E。
第六步，首先工作人员输入试验件待监测应变测点的空间坐标G′，或者通过激光笔远距离照射或扫码枪近距离指示试验件待监测应变测点，利用三坐标测量仪测量此处空间坐标G′；再通过测点综合数据库查找空间坐标G′对应的应变测量值E或应变曲线；最后根据多个待测应变测点的应变测量值E或应变曲线得到待测区域的应变数据，利用合适的插值方法，得到待测区域的应力应变测量预测值，该应力应变测量预测值与数值仿真结果进行对比分析、相互验证。
Claims (2)
1.一种大构件三坐标-应变联合测量方法,其特征在于，包括以下步骤：
第一步,得到静态应变仪端口T与应变测量值E的对应关系
将多个应变片按照要求贴在试验件表面的多个应变测点A处，每一个应变片对应一根两端带有线端标识码的导线；将应变片与导线的一端连接，导线的另一端与电阻应变仪的一个测量端口T连接，电阻应变仪输出测量端口T在不同时刻的应变测量值E,建立测量端口T与应变测量值E的对应关系文件，即T-E文件，得到电阻应变仪测量端口T与应变测量值E的对应关系；所述的应变片的具体个数根据实验需求确定；
第二步，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系
使用扫码器分别扫描导线上靠近电阻应变仪的线端标识码M，按照电阻应变仪测量端口T序号的大小顺序，依次识别与电阻应变仪相连导线上的线端标识码M的信息，建立线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系文件，即M-T文件，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系；或者在M-T文件中添加每个端口的温度补偿标记信息、测量端口灵敏度信息后，得到线端标识码M与电阻应变仪测量端口T的对应关系；
第三步，得到应变测点A与线端标识码M的对应关系
使用扫码器分别扫描导线上靠近应变片的线端标识码，按照应变片对应的应变测点A编号的大小顺序，依次识别与应变片相连导线上的线端标识码M的信息,建立线端标识码M与应变测点A的对应关系文件，即M-A文件,得到应变测点A与线端标识码M的对应关系；或者在M-A文件中添加每个应变测点A所贴应变片的阻值、测点测量物理量类型信息后，得到应变测点A与线端标识码M的对应关系；
第四步，得到测点三坐标G与应变测点A的对应关系
按照应变测点A编号的大小顺序，利用三坐标测量仪测量应变测点A的位置信息，建立测点三坐标G与应变测点A的对应关系文件，即G-A文件，得到测点三坐标G与应变测点A的对应关系；
第五步，将上述得到的对应关系进行合并，得到测点综合信息数据库
每一根导线两端的线端标识码M唯一对应，首先将M-T文件和M-A文件整合成A-M-T文件，再将T-E文件和A-G文件整合到A-M-T文件中得到测点综合信息数据库；所述的测点综合信息数据库中不同时刻每一个应变测点A的编号都唯一对应一个线端标识码M、一个测量点位置信息G、一个电阻应变仪测量端口序号T和一个应变测量值E；
第六步，首先工作人员输入试验件待监测应变测点的空间坐标G′或通过仪器指示试验件待监测应变测点，利用三坐标测量仪测量此处空间坐标G′；其次，通过点综合数据库查找空间坐标G′对应的应变测量值E或应变曲线；最后，根据多个待测应变测点的应变测量值E或应变曲线得到待测区域的应变数据，利用插值方法，得到待测区域的应力应变测量预测值，该应力应变测量预测值与数值仿真结果进行对比分析、相互验证。
2.根据权利要求1所述的一种大构件三坐标-应变联合测量方法,其特征在于，第六步所述的仪器为激光笔或扫码枪，激光笔远距离照射指示试验件待监测应变测点；扫码枪近距离指示试验件待监测应变测点。
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