CN109490098B - 一种翼身接头试验提高试验精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空结构试验领域，涉及一种翼身接头试验提升试验精度的方法。本发明的方法以附加弯矩减小为零为目标函数，将变形情况下修正计算后的弯矩与未变形情况下的弯矩的相对误差是否满足要求作为迭代条件，通过多次迭代修正两个加载点的载荷值大小，以减少试验件的变形引起的附加弯矩，从而提高试验精度。本发明的方法可以有效减小试验变形引起的误差，考核更加真实有效，且计算过程简单，能有效降低试验成本。

Description

一种翼身接头试验提高试验精度的方法
技术领域
本发明属于航空结构试验领域，涉及一种翼身接头试验提高试验精度的方法。
背景技术
在翼身接头试验中，由于翼身接头的特殊结构形式，其加载点与考核点之间的距离较远，实际加载过程中，较小的弯矩作用下，加载自由端也会产生一个较大的变形，导致试验件考核点产生较大的附加弯矩，使得试验件的考核不够真实。因此，在试验设计时，通过修正载荷值将由于变形引起的附加力矩控制在较小的范围内，从而给出一种在翼身接头试验提高试验精度的方法，使得考核点的受力状态与真实结构保持一致。目前关于提高翼身接头试验精度的国外公开资料未曾发现，国内根据试验加载端的位置、方向的调整分析、或者加载传感器反馈值与指令值存在的差异，从合理调整作动筒之间的距离来研究试验中减少试验误差等方法仍无法避免试验件的变形引起的附加弯矩。未能从减少试验件变形引起的附加弯矩的角度减少试验误差，提高试验精度。
发明内容
本发明的目的是：提供一种翼身接头试验提高试验精度的方法，从修正载荷值大小从而减少试验件的变形引起的附加弯矩的角度来研究提高试验精度的方法，以解决目前方法中需要额外夹具、试验复杂、针对考核的真实性存在不确定因素的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种翼身接头试验提高试验精度的方法，所述的方法通过多次迭代修正两个加载点A和B的载荷值大小，从而减少试验件的变形引起的附加弯矩，从而提高试验精度。
所述的附加弯矩是试验件的变形而导致两个加载点A和B对考核点C的弯矩与试验件未变形时的弯矩的差值。
所述的翼身接头试验提高试验精度的方法是以附加弯矩减小为零为目标函数，变形情况下修正计算后的弯矩与未变形情况下的弯矩的相对误差作为迭代条件。
所述的翼身接头试验提高试验精度的方法步骤如下：
步骤一、确定试验件未变形时两个加载点A和B对考核点C的弯矩：M0＝FALA-FBLB
其中，LA为加载点A到考核点C的距离，LB为加载点B到考核点C的距离，FA为加载点A的载荷，FB为加载点B的载荷；
步骤二、通过有限元模型计算加载力FA与FB作用下试验件的变形量ΔL；
步骤三、计算试验件变形时加载力FA与FB对考核点C的弯矩：
M＝FA(LA+ΔL)-FB(LB-ΔL)＝FALA-FBLB+FAΔL+FBΔL；
步骤四、确定附加弯矩：
M附加＝M-M0＝FAΔL+FBΔL；
步骤五、计算考核点C未变形与变形时弯矩的误差：
Figure BDA0001906825960000021
步骤六、判断相对误差δ是否符合目标误差，若满足，迭代结束，若不满足，根据步骤七和步骤八对载荷值进行修正。
步骤七、取载荷修正量：
Figure BDA0001906825960000022
步骤八、对FA与FB进行修正：
″
FA′＝FA-ΔF，FB′＝FB+ΔF；
返回步骤二。
本发明的有益效果是：本发明的翼身接头试验提高试验精度的方法，可以减小试验变形引起的误差，考核更加真实有效；并且避免了试验过程中由于大变形造成接头根部螺栓的松动以及螺栓对孔壁的磨损；本发明的计算过程简单明了便于数值迭代，易于编程实现的等优点，通过修正载荷值消除附加弯矩，试验不必额外增加夹具，降低了试验成本。
附图说明
图1翼身接头试验示意图；
图2翼身接头未变形加载示意图；
图3翼身接头变形示意图；
图4翼身接头变形后加载示意图；
图5翼身接头修正载荷值加载示意图；
图6本发明方法的流程示意图；
其中，1-翼梁，2-机身框，3-加载平台，4-加载作动筒A，5-加载作动筒B。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
一、本发明方法的原理：
1、翼身接头试验由翼梁1，机身框2，加载平台3，加载作动筒A4，加载作动筒B 5组成，见图1；
2、试验件未变形时两个加载点A和B对考核点C的总力弯矩，见图2：
总力：
F＝FA+FB
弯矩：
M0＝FALA-FBLB
式中，LA为加载点A到考核点C的距离，LB为加载点B到考核点C的距离，
FA为加载点A的载荷，FB为加载点B的载荷；
3、试验件变形时加载点A与加载点B对考核点C的总力弯矩，见图4，总力：
F＝FA+FB
弯矩：
M＝FA(LA+ΔL)-FB(LB-ΔL)＝FALA-FBLB+FAΔL+FBΔL
M附加＝FAΔL+FBΔL，
式中，ΔL为初始载荷下试验件的变形量，见图3。
M附加为由于试验件变形对考核点C产生的附加弯矩；
4、在加载点A与加载点B分别引入修正量ΔFA与ΔFB，见图5，加载点A与加载点B对考核点C总力不变，
弯矩：
M＝(FA-ΔFA)(LA+ΔL)-(FB+ΔFB)(LB-ΔL)
＝FALA-FBLB+FAΔL+FBΔL-ΔFALA-ΔFBLB-ΔFAΔL+ΔFBΔL，
式中，-ΔFAΔL+ΔFBΔL为小量，忽略不计，
则M＝FALA-FBLB+FAΔL+FBΔL-ΔFALA-ΔFBLB
引入修正量后的附加弯矩：
M附加＝FAΔL+FBΔL-ΔFALA-ΔFBLB
为保证加载点A与加载点B对考核点C的总力保持不变，
令ΔFA＝ΔFB＝ΔF，则M附加＝FAΔL+FBΔL-ΔFLA-ΔFLB；
将M附加＝0作为目标函数，ΔL与ΔF为设计变量进行优化迭代，FA，FB通过ΔF进行修正，LA以及LB为常量。
二、下面结合实例说明本方法的具体步骤：
已知：
FA＝200000N,FB＝120000N,LA＝800mm,LB＝1000mm；要求目标误差为：1％。
本发明方法的流程示意图如图6所示：具体步骤如下：
步骤一、确定试验件未变形时两个加载点A和B对考核点C的弯矩:
M0＝FALA-FBLB＝4×107Nmm；
步骤二、通过有限元模型计算加载力FA与FB作用下试验件的变形量ΔL：
ΔL＝25.4mm；
步骤三、计算试验件变形时加载力FA与FB对考核点C的弯矩：
M＝FALA-FBLB+FAΔL+FBΔL＝4.813×107Nmm。
步骤四、确定附加弯矩：
M附加＝M-M0＝8.13×106Nmm。
步骤五：计算考核点C未变形与变形时弯矩的误差：
Figure BDA0001906825960000051
步骤六、相对误差δ不符合-1％≤γ≤1％，不满足试验的精度要求。
继续修正：
步骤七、取载荷修正量：
Figure BDA0001906825960000052
步骤八、对FA与FB进行修正：
FA′＝FA-ΔF＝195483.3N，FB′＝FB+ΔF＝124516.7N；
步骤二：通过有限元模型计算修正后的加载力FA′与FB′作用下试验件的变形量ΔL′：
ΔL′＝21.5mm；
步骤三、计算试验件变形时加载力FA′与FB′对考核点C的弯矩：
M′＝FA′LA-FB′LB+FA′ΔL′+FB′ΔL′＝3.87×107Nmm
步骤四、确定附加弯矩：
M附加＝M′-M0＝-1.3×106Nmm
步骤五：计算考核点C未变形与变形时弯矩的误差：
Figure BDA0001906825960000061
步骤六、相对误差δ不符合-1％≤γ≤1％，不满足试验的精度要求。
继续修正：
步骤七、取载荷修正量：
Figure BDA0001906825960000062
步骤八、对FA′与FB′进行修正：
FA″＝FA-ΔF′＝196177.8N，FB″＝FB+ΔF′＝123822.2N；
步骤二：通过有限元模型计算修正后的加载力FA″与FB″作用下试验件的变形量ΔL″：
ΔL″＝22.1mm；
步骤三、计算试验件变形时加载力FA″与FB″对考核点C的弯矩：
M″＝FA″LA-FB″LB+FA″ΔL″+FBΔL″＝4.02×107Nmm
步骤四、确定附加弯矩：
M附加＝M-M0＝2×105Nmm。
步骤五：计算考核点C未变形与变形时弯矩的误差：
Figure BDA0001906825960000063
步骤六、相对误差δ符合-1％≤γ≤1％，满足试验的精度要求。

Claims (1)

1.一种翼身接头试验提高试验精度的方法，其特征在于：所述的方法通过多次迭代修正两个加载点A和B的载荷值大小，从而减少试验件的变形引起的附加弯矩，所述的附加弯矩是试验件的变形而导致两个加载点A和B对考核点C的弯矩与试验件未变形时的弯矩的差值；
所述的方法是以附加弯矩减小为零为目标函数，变形情况下修正计算后的弯矩与未变形情况下的弯矩的相对误差作为迭代条件；
具体步骤如下：
步骤一、确定试验件未变形时两个加载点A和B对考核点C的弯矩：M0＝FALA-FBLB
其中，LA为加载点A到考核点C的距离，LB为加载点B到考核点C的距离，FA为加载点A的载荷，FB为加载点B的载荷；
步骤二、通过有限元模型计算加载力FA与FB作用下试验件的变形量ΔL；
步骤三、计算试验件变形时加载力FA与FB对考核点C的弯矩：M＝FA(LA+ΔL)-FB(LB-ΔL)＝FALA-FBLB+FAΔL+FBΔL；
步骤四、确定附加弯矩：
M附加＝M-M0＝FAΔL+FBΔL；
步骤五、计算考核点C未变形与变形时弯矩的相对误差；
计算公式如下：
Figure FDA0002923810450000011
步骤六、判断相对误差是否符合目标误差，若满足，迭代结束；若不满足，对载荷值进行修正并返回步骤二；
其中对载荷值进行修正步骤具体如下：
取载荷修正量：
Figure FDA0002923810450000021
对FA与FB进行修正：
FA′＝FA-ΔF，FB′＝FB+ΔF。
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