CN110553833B - 一种结构件形变模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构件形变模拟装置及方法，包括施力结构和与激光跟踪仪对应的靶标，所述施力结构上设有力传感器，多个所述靶标阵列排布在结构件上，所述施力结构与所述结构件相抵并向所述结构件施力。通过施力结构向结构件施力，施力结构上的力传感器能实时监测结构件的载荷数值，以便于使载荷数值与结构件的实际受力一致，能进行更准确的结构件形变模拟，当结构件发生形变时，结构件上的阵列排布的靶标的空间位置也会发生变化，通过激光跟踪仪来检测各个靶标的空间位置变化数据，然后根据载荷数值和各个靶标的空间位置变化数据得到结构件的形变数据。并可根据结构件的形变数据来映射监控结构件在装备的服役周期内的服役状态。

Description

一种结构件形变模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及结构件测试领域，尤其涉及一种结构件形变模拟装置及方法。

背景技术

结构件，尤其是大型结构件，将其装配到设备中后，在设备实际的服役过程中，结构件会在负载的作用下发生形变，由此将影响结构件的使用寿命，从而进一步会影响整套装备的服役周期。

因此，如何得到结构件形变数据以监控结构件在装备的服役周期内的形变情况是业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种结构件形变模拟装置及方法。

本发明的一种结构件形变模拟装置的技术方案如下：

包括施力结构和与激光跟踪仪对应的靶标，所述施力结构上设有力传感器，多个所述靶标阵列排布在结构件上，所述施力结构与所述结构件相抵并向所述结构件施力。

本发明的一种结构件形变模拟装置的有益效果是：通过施力结构向结构件施力，施力结构上的力传感器能实时监测结构件的载荷数值，以便于使载荷数值与结构件的实际受力一致，能进行更准确的结构件形变模拟，此时，结构件发生形变，使结构件上的阵列排布的靶标空间位置发生变化，通过激光跟踪仪来检测各个靶标的空间位置变化数据，然后根据载荷数值和各个靶标的空间位置变化数据得到结构件的形变数据。可根据形变数据来映射监控结构件在装备的服役周期内的服役状态，由此实现了一种结构件形变模拟装置。

在上述方案的基础上，本发明的一种结构件形变模拟装置还可以做如下改进。

进一步，还包括支撑架和底座，所述结构件和所述支撑架二者中的至少一个可滑动地连接在所述底座上，所述施力结构与所述支撑架连接，且位于所述支撑架与所述结构件之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：将结构件和支撑架连接在底座上，且结构件和支撑架中的至少一个可滑动地连接在所底座上，便于施力结构对结构件施力，操作简单。

进一步，所述结构件和所述支撑架分别通过第一滑动部件和第二滑动部件连接在所述底座上。

采用上述进一步方案的有益效果是：结构件和支撑架分别通过第一滑动部件和第二滑动部件连接在底座上，便于结构件和支撑架在底座上进行滑动，以调整结构件和支撑架之间的距离，便于施力结构对结构件施力，操作简单。

进一步，第一滑动部件包括设置在所述底座上的T型滑槽和第一螺栓，所述滑槽设置在所述底座上，所述结构件的底部连接有第一固定板，所述第一固定板通过第一螺栓与所述T型滑槽进行连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一螺栓与T型滑槽实现结构件与底座之间的滑动连接，结构简单。

进一步，第二滑动部件为所述T型滑槽和第二螺栓，所述支撑架的底部连接有第二固定板，所述第二固定板通过第二螺栓与所述T型滑槽进行连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过第二螺栓与T型滑槽实现支撑件与底座之间的滑动连接，结构简单。

进一步，还包括：过渡板，所述施力结构与所述过渡板连接，所述过渡板可滑动地连接在所述支撑架上，且所述过渡板的滑动方向为竖直方向。

采用上述进一步方案的有益效果是：过渡板在支撑架上沿竖直方向上下滑动，便于调整施力结构的位置。

进一步，所述施力结构还包括丝杠和抵接头，所述丝杠的丝杠螺母与所述过渡板连接，所述丝杠的螺杆的一端穿出所述过渡板，所述螺杆的另一端依次连接所述力传感器和抵接头，所述抵接头与所述结构件相抵并向所述结构件施力。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过丝杠的螺杆的伸出来对结构件进行施力，结构简单，操作方便。

进一步，所述施力结构还包括法兰，所述螺杆的另一端连接所述法兰后，再依次连接所述力传感器和抵接头。

采用上述进一步方案的有益效果是：结构简单，成体低。

进一步，所述丝杠为滚珠丝杠或滑动丝杠。

本发明的一种结构件形变模拟方法的技术方案如下：应用上述任一种结构件形变模拟装置，具体地：

S1、根据结构件的实际受力使施力结构向所述结构件施力，并通过力传感器监测所述结构件的载荷数值；

S2、通过激光跟踪仪跟踪各个靶标的空间位置变化数据；

S3、根据所述载荷数值和各个靶标的空间位置变化数据得到所述结构件的形变数据。

本发明的一种结构件形变模拟方法的有益效果如下：

通过施力结构向结构件施力，施力结构上的力传感器能实时监测结构件的载荷数值，以便于使载荷数值与结构件的实际受力一致，能进行更准确的结构件形变模拟，此时，结构件发生形变，使结构件上的阵列排布的靶标空间位置发生变化，通过激光跟踪仪来检测各个靶标的空间位置变化数据，然后根据载荷数值和各个靶标的空间位置变化数据得到结构件的形变数据。可根据形变数据来监控结构件在装备的服役周期内的形变情况。

附图说明

图1为本发明实施例的一种结构件形变模拟装置的结构示意图；

图2为施力结构与过渡板的连接示意图；

图3为激光跟踪仪跟踪并检测各靶标的空间位置变化数据的示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、力传感器；2、激光跟踪仪；3、靶标；4、结构件；5、底座；6、T型滑槽；7、第一螺栓；8、第一固定板；9、第二螺栓；10、第二固定板；11、过渡板；12、丝杠螺母；13、螺杆；14、抵接头；15、法兰；16、第一条形板；17、第二条形板；18、滑道；19：限位块；20、加强筋；21、第一滑槽；22、第二滑槽。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本实施例的一种结构件4形变模拟装置，如图1所示，包括施力结构和与激光跟踪仪对应的靶标3，所述施力结构上设有力传感器1，多个所述靶标3阵列排布在结构件4上，所述施力结构与所述结构件4相抵并向所述结构件4施力。

通过施力结构向结构件4施力，施力结构上的力传感器1能实时监测结构件4的载荷数值，以便于使载荷数值与结构件4的实际受力一致，能进行更准确的结构件4形变模拟，此时，结构件4发生形变，使结构件4上的阵列排布的靶标3空间位置发生变化，通过激光跟踪仪2来检测各个跟踪靶标3的空间位置变化数据，然后根据载荷数值和各个靶标3的空间位置变化数据得到结构件4的形变数据。如图3所示，可根据形变数据来映射监控结构件4在装备的服役周期内的服役状态，由此实现了一种结构件4形变模拟装置。

其中，结构件4可为金属板如铝合金板、钢板，也可为齿轮等各种结构的结构件4。

以铝合金板作为结构件4继续进行阐述，铝合金板的两面分别为第一面和第二面，在第一面上阵列排布多个与激光跟踪仪2连接的靶标3，激光跟踪仪2正对靶标3，即激光跟踪仪2正对第一面，通过施力结构在第二面上进行施力，力传感器1可将载荷数值传至智能终端如台式电脑、笔记本电脑等，使用户可实时观察载荷数值，当载荷数值与结构在设备中实际受力相同时，例如：第一面的某个指定点的实际受力为100N，其方向垂直于第二面，则使施力结构对指定点且在垂直于第二面方向上进行施力，通过观察载荷数值为100N时，使激光跟踪仪2来跟踪并检测各个靶标3的空间位置变化数据，然后根据载荷数值和各个靶标3的空间位置变化数据得到结构件4的形变数据。

其中，施力结构可通过千斤顶、液压缸等来进行施力，而且各靶标3的排列方式可为：每隔2mm、3mm等的间隔距离设置一个靶标3，也可根据实际情况对靶标3之间的间隔距离进行调整，间隔距离越小，靶标3设置的越密集，所得到的空间位置变化数据越多，由此得到的形变数据越精确，如结构件4形变分布等。

较优地，在上述技术方案中，还包括支撑架和底座5，所述结构件4和所述支撑架二者中的至少一个可滑动地连接在所述底座5上，所述施力结构与所述支撑架连接，且位于所述支撑架与所述结构件4之间。

为了便于表述，本申请中的以图1作为方位基准，其中，垂于于底座5的方向为竖直方向，结构件4所在位置的方向朝向底座5的一端的方向标记为左方，支撑架所在位置朝向底座5另一端的方向标记为右方，朝向屏幕的方向标记为前方，背离屏幕的方向标记为后方。

其中，支撑架的结构选用板状结构的铝合金板或钢板，那么：

1）支撑架的一端与底座5连接，设置其板状结构的板面垂直于底座5，即支撑架沿竖直方向，其中，可设置施力结构垂直于板状结构的板面，即施力结构与底座5平行，或设置施力与底座5之间预设夹角，以便更好地去模拟从不同方向上对结构件4进行施力；

2）支撑架的一端与底座5连接，但设置其板状结构的板面不垂直于底座5，向左方或右方倾斜，即支撑架与竖直方向存在夹角，也可设置施力结构垂直或不垂直板状结构的板面，也便于去模拟从不同方向上对结构件4进行施力；

此外，支撑架的结构还可选用框架结构，具体的，将四个条形钢或条形铝的首尾依次连接后形成框架结构，然后将其中一个条形钢或条形铝固定底座5上。

将结构件4和支撑架连接在底座5上，由于施力结构位于支撑架与结构件4之间，即支撑架与结构件4相对设置，且结构件4和支撑架中的至少一个可滑动地连接在所底座5上，便于施力结构对结构件4施力，操作简单，具体地：

1）可将支撑架固定在底座5上，将结构件4可滑动地连接在底座5上，可通过滑动结构件4以调整与支撑架之间的距离，便于施力结构与结构件4相抵并向结构件4施力。

其中，支撑架可通过焊接方式或螺纹固定连接方式固定在底座5上，由于焊接方式和螺纹固定连接方式为本领域人员常用的技术手段，在此不做赘述。

2）可将支撑架可滑动地连接在底座5上，将结构件4通过焊接方式或螺纹固定连接方式与底座5进行固定。可通过滑动支撑架以调整与结构件4之间的距离，便于施力结构与结构件4相抵并向结构件4施力。

3）可将支撑架和结构件4均可滑动地连接在底座5上，即支撑架和结构件4均可滑动，便于调整支撑架和结构件4之间的距离。

较优地，在上述实施例中，将支撑架和结构件4均可滑动地连接在底座5上的方式为：结构件4和支撑架分别通过第一滑动部件和第二滑动部件连接在底座5上。

其中，第一滑动部件可选用如下形式：

1）第一滑动部件为圆柱钢，将圆柱钢通过焊接方式固定在底座5上，然后在结构件4的底部焊接一个连接件，连接件上设有与圆柱钢适配的通道，通过通道与圆柱钢的配合实现结构件4在底座5上可滑动，并在连接件设置顶丝螺纹孔，当结构件4移动到指定位置时，通过适配顶丝实现连接件与圆柱钢之间的固定，即实现结构件4的固定；

2）第一滑动部件包括设置在所述底座上的T型滑槽6和第一螺栓7，所述结构件4的底部连接有第一固定板8，所述第一固定板8通过第一螺栓7与所述T型滑槽6进行连接，通过第一螺栓7与T型滑槽6实现结构件4与底座5之间的滑动连接，结构简单。

具体地，可在底座5上设置两个T型滑槽6，且T型滑槽6贯穿底座5的两端，在安装时，可将第一螺栓7的螺丝的头部卡进T型滑槽6内，可在两个T型滑槽6内各卡进两个螺丝，在第一固定板8上设有与螺丝相适配的通孔，由于第一固定板8上连接结构件4，然后将结构件4滑至指定位置，然后通过第一螺栓7的螺母进行固定，此时，结构件4被固定在指定位置。

其中，第一固定板8上与结构件4之间的连接方式可通过焊接方式。

第二滑动部件可选用如下形式：

1）第二滑动部件为圆柱钢，具体请参考上文内容，在此不做赘述；

2）第二滑动部件包括所述T型滑槽6和第二螺栓9，所述支撑架的底部连接有第二固定板10，所述第二固定板10通过第二螺栓9与所述T型滑槽6进行连接，具体请参考上文内容，在此不做赘述。

较优地，在上述技术方案中，还包括：过渡板11，所述施力结构与所述过渡板11连接，所述过渡板11可滑动地连接在所述支撑架上，且所述过渡板11的滑动方向为竖直方向。过渡板11在支撑架上沿竖直方向上下滑动，便于调整施力结构的位置。

如图1所示，其中，支撑架的结构为：由两个第一条形板16和第二条形板17组成，其中两个第一条形板16相对设置在前方和后方，且均第二固定板10通过焊接形式固定，且两个第一条形板16的延长方向均为竖直方向，第二条形板17的两端分别以焊接方式连接在两个第一条形板16的上方，且第二条形板17平行于底座5设置，且第一条形板16和第二条形板17均可使用钢、铁、铝合金等材质制成。

其中，过渡板11可滑动地连接在所述支撑架上的具体为如下两种方式：

1）支撑板的两个第一条形板16分别开设滑道18，并在过渡板11的前方和后方的侧面上分别开设螺纹孔，然后使用螺丝从滑道18穿过后连接在过渡板11的两侧面的螺纹孔上，当过渡板11滑动至指定位置时，拧紧螺丝，此时，过渡板11被固定，不再滑动。其中，过渡板11的各侧面所开设螺纹孔为2个、3个等。

2）支撑板的两个第一条形板16分别开设与过渡板11厚度相适配的滑道18，然后将过渡板11的两侧卡接在滑道18内，且在两个滑道18上各卡接有2个限位块19，且4个限位块19分别位于过渡板11的4个角上，通过4个限位块19来使过渡板11竖直移动或固定在指定位置。

其中，限位块19具体为：包括两个限位板，且两个限位板上设有旋向相反的螺纹孔，为了便于表述，将两个限位板分别标记为第一限位板和第二限位板，具体地，将第一限位板和第二限位板分别通过滑道18设置在第一条形板16的两侧，然后通过螺丝实现两个限位板之间的距离的增大或减小，当其距离增大时，限位块19与第一条形板16之间有缝隙，因此限位块19可滑动，以实现过渡板11在竖直方向上的滑动，进而带动施力结构滑动，当施力结构滑动至指定位置时，拧紧螺丝，第一限位板和第二限位之间的距离减小，限位块19与第一条形板16之间被压紧，此时限位块19固定，进而使施力结构固定，便于对结构板施力。

其中，可在第二固定板10上焊接加强筋20，且加强板背离结构板设置，也就是说，支撑板位于加强板和结构件4中间，加强板的另一端向左方斜靠在支撑板上并以焊接方式固定，且加强筋20可设置多个，以保证支撑板在施力时的强度。

其中第二固定板10可选用钢板或铝合金板，在第二固定板10的前面和后面相对设置多个通孔，其通孔位置与T型滑槽6位置相适配，然后通过第二螺栓9与T型滑槽6的配合，实现支撑架的滑动，另外如图1所示，第二固定板10为框架结构，且中间焊接多个连接板，且两个第一条形板16和加强筋20分别焊接在第二固定板10的左端和右端。其中加强筋20的结构可为板状或条状，可选用钢板或条形钢等。

较优地，在上述技术方案中，所述施力结构还包括丝杠和抵接头14，所述丝杠的丝杠螺母12与所述过渡板11连接，所述丝杠的螺杆13的一端穿出所述过渡板11，所述螺杆13的另一端依次连接所述力传感器1和抵接头14，所述抵接头14与所述结构件4相抵并向所述结构件4施力。

通过丝杠的螺杆13的伸出来对结构件4进行施力，结构简单，操作方便。

如图2所示，过渡板11上相对开设两个第一滑槽21，在两个第一滑槽21之间开设有第二滑槽22，两个第一滑槽21和一个第二滑槽22平行设置，且第二滑槽22的尺寸与螺杆13的尺寸相匹配，即螺杆13的一端穿出第二滑槽22，然后两个第一滑槽21和丝杠螺母12上的通孔以螺纹连接方式进行固定，使丝杠螺母12可沿第一滑槽21即水平方向滑动，以便于调整抵接头14对结构件4的施力位置。

其中，抵接头14可选用圆柱体如圆柱钢等，也可根据实际情况选用带尖头的圆柱钢，使尖头与结构件4相抵并向结构件4施力，可增强施力位置的精度，根据实际情况，抵接头14也可选用金属块等。且抵接头14可通过焊接方式与力传感器1固定，而且，也可力传感器1焊接在丝杠的螺杆13的一端，或选用市面上带有螺纹接头的力传感器1，然后在螺杆13的一端的端面上开设与螺纹接头相适配的螺纹孔，通过有螺纹接头和螺纹孔将力传感器1固定在丝杠的螺杆13的另一端。

而且，丝杠的丝杠螺母12与所述过渡板11连接，即当丝杠螺杆13转动时，丝杠螺母12不移动，此时丝杠螺杆13会伸出或缩回，以便于对结构板施力或结束施力，其中，丝杠螺母12与所述过渡板11连接方式可选用螺纹固定连接方式或焊接方式。其中，所述丝杠的螺杆13的一端穿出所述过渡板11，即穿出第二滑槽22，便于使用手动驱动方式或电动驱动方式驱动螺杆13转动，具体地：

1）手动驱动方式为：可在螺杆13的穿出过渡板11的一端通过焊接方式安装摇柄，通过手动摇动摇柄，使螺杆13转动；

2）电动驱动方式为：可通过电动机驱动螺杆13转动，此为本领域人员常用的技术手段，在此不做赘述。

较优地，在上述技术方案中，所述施力结构还包括法兰15，所述螺杆13的另一端连接所述法兰15后，再依次连接所述力传感器1和抵接头14，结构简单，成体低。

具体地，可在螺杆13的另一端以过盈配合形式或焊接方式连接法兰15，力传感器1与法兰15的连接形式为，可选用市面上带有螺纹接头的力传感器1，将力传感器1的螺纹接头穿过法兰15的通孔后，用螺母进行固定，或对法兰15上通孔进行攻丝处理后得到与力传感器1的螺纹接头适配的螺纹孔，可直接将力传感器1固定在法兰15上，且由于法兰15上有一圈通孔，一方面，可设置多个力传感器1，由于各力传感器1上均设有抵接头14，能模拟多点施力，一方面，当单点施力时，可改变力传感器1到不同的法兰15上的通孔，便于调整抵接头14的施力位置。

其中，丝杠可选用为滚珠丝杠或滑动丝杠，当选用为滚珠丝杠时，摩擦力相比与滑动丝杠更小，进一步便于操作。

本发明实施例的一种结构件4形变模拟方法，应用上述实施例中任一种结构件4形变模拟装置，具体地：

S1、根据结构件4的实际受力使施力结构向所述结构件4施力，并通过力传感器1监测所述结构件4的载荷数值；

S2、通过激光跟踪仪2跟踪靶标3的空间位置来获得所述结构件4的形变数据。

通过施力结构向结构件4施力，施力结构上的力传感器1能实时监测结构件4的载荷数值，以便于使载荷数值与结构件4的实际受力一致，能进行更准确的结构件4形变模拟，此时，结构件4发生形变，使结构件4上的阵列排布的靶标3空间位置发生变化，如图2所示，通过激光跟踪仪2来跟踪并检测各个靶标3的空间位置变化数据，然后根据载荷数值和各个靶标3的空间位置变化数据得到结构件4的形变数据。可根据形变数据来监控结构件4在装备的服役周期内的形变情况。

其中，可设置智能终端，如台式电脑或笔记本电脑等，一方面，智能终端发出指令控制施力结构向结构件4进行施力，另一方面，智能终端接收传感器反馈的载荷数值以及接收激光跟踪仪2反馈的各个靶标3的空间位置变化数据，并根据载荷数值和各个靶标3的空间位置变化数据来得到所述结构件4的形变数据。其中，根据载荷数值和各个靶标3的空间位置变化数据来得到所述结构件4的形变数据为现有技术，在此不做赘述。

在另外一个实施例中，智能终端发出指令控制丝杠的螺杆13转动，从而使丝杠的螺杆13的伸出来对结构件4进行施力或收缩丝杠的螺杆13以结束对结构件4施力。

在另外一个实施例中，可使用多个上述任一实施例中的结构件4形变模拟装置，同时对结构件4进行施力，可研究更复杂的结构件4的形变形式。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种结构件形变模拟装置，其特征在于，包括施力结构和与激光跟踪仪对应的靶标，所述施力结构上设有力传感器，多个所述靶标阵列排布在结构件上，所述施力结构与所述结构件相抵并向所述结构件施力；

还包括支撑架和底座，所述结构件和所述支撑架二者中的至少一个可滑动地连接在所述底座上，所述施力结构与所述支撑架连接，且位于所述支撑架与所述结构件之间；

所述结构件和所述支撑架分别通过第一滑动部件和第二滑动部件连接在所述底座上；

第一滑动部件包括设置在所述底座上的T型滑槽和第一螺栓，所述结构件的底部连接有第一固定板，所述第一固定板通过第一螺栓与所述T型滑槽进行连接；

第二滑动部件包括所述T型滑槽和第二螺栓，所述支撑架的底部连接有第二固定板，所述第二固定板通过第二螺栓与所述T型滑槽进行连接固定所述支撑架；

还包括：过渡板，所述施力结构与所述过渡板连接，所述过渡板可滑动地连接在所述支撑架上，且所述过渡板的滑动方向为竖直方向；所述底座呈水平状态；

所述施力结构还包括丝杠和抵接头，所述丝杠的丝杠螺母与所述过渡板连接，所述丝杠的螺杆的一端穿出所述过渡板，所述螺杆的另一端依次连接所述力传感器和抵接头，所述抵接头与所述结构件相抵并向所述结构件施力；

所述施力结构还包括法兰，所述螺杆的另一端连接所述法兰后，再依次连接所述力传感器和抵接头，其中，所述法兰上设有多个通孔，所述力传感器与任一通孔固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种结构件形变模拟装置，其特征在于，所述丝杠为滚珠丝杠或滑动丝杠。

3.一种结构件形变模拟方法，利用权利要求1或2所述的结构件形变模拟装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据结构件的实际受力使施力结构向所述结构件施力，并通过力传感器监测所述结构件的载荷数值；

S2、通过激光跟踪仪来检测各个靶标的空间位置变化数据；

S3、根据所述载荷数值和各个靶标的空间位置变化数据得到所述结构件的形变数据。

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