CN112810835B - 一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，包括：在活动面的剖面中，建立活动面与试验设备连接处的根部支点的支点局部坐标系；在所述支点坐标系下，通过有限元分析得到除了两端根部支点之外的其余根部支点在受载后的变形量，并得到根部支点在受载变形后的位置坐标；基于所述坐标位置，确定所述其余根部支点在所述支点局部坐标系不同坐标轴方向的相对变形量；在活动面静力载荷试验中，利用试验设备安装好活动面后，按照所确定的相对变形量对各根部支点施加变形约束。该方法保证了试验的准确性，又大大降低了对试验支持装置的要求，不需要通过支持夹具大行程调节，一方面确保了试验精度，另一方面也降低了实施难度。

Description

一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法
技术领域
本发明属于航空领域活动面静力载荷试验技术，具体涉及一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法。
背景技术
翼面主盒段变形对活动面受力影响很大，因此在单独的活动面静力载荷试验中，需要根据主盒段的变形通过试验支持夹具对活动面各支点施加相应变形。但是主盒段变形一般较大，传统的设备和方法对各支点施加较大变形会对试验支持夹具的变形行程要求较高，增加试验实施难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，以降低了对试验设备的要求，并降低试验难度。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，包括以下步骤：
在活动面的剖面中，建立活动面与试验设备连接处的根部支点的支点局部坐标系；
在所述支点坐标系下，通过有限元分析得到除了两端根部支点之外的其余根部支点在受载后的变形量，并得到根部支点在受载变形后的位置坐标；
基于所述坐标位置，确定所述其余根部支点在所述支点局部坐标系不同坐标轴方向的相对变形量；
在活动面静力载荷试验中，利用试验设备安装好活动面后，按照所确定的相对变形量对各根部支点施加变形约束。
进一步地，所述试验设备包括承力墙、支持夹具以及活动面和加载设备，其中：
活动面的各支点通过耳片对接的形式利用支持夹具安装在承力墙上，其中支点包括最接近支持夹具的根部支点；沿活动面的展向，所述的根部支点依次编号为1至N；
支持夹具包括沿竖直方向固定在承力墙上滑道以及装配在滑道中的夹持件，夹持件的端部固定所述活动面，夹持件上有伸缩机构，通过伸缩机构调节夹持件与承力墙的相对距离；通过夹持件在滑道中的滑动，调整活动面的竖向位置。
进一步地，所述在活动面的剖面中，建立活动面与试验设备连接处的根部支点的支点局部坐标系，包括：
建立支点局部坐标系，坐标系原点O位于活动面与支持夹具连接的根部支点，Z轴垂直于支点处的耳片平面并沿活动面的展向指向活动面尖部，X轴垂直于活动面中的前梁平面指向承力墙方向，Y轴由右手坐标系确定，后续支点变形计算和施加均在此坐标系下进行
进一步地，所述得到根部支点在受载变形后的位置坐标，包括：
记除了两端根部支点1和N之外的任意根部支点i坐标为(Xi，Yi，Zi)，通过有限元分析计算，得到根部支点i在受载后的变形量为(ΔXi，ΔYi，ΔZi)，活动面在受载变形后根部支点i的位置坐标为(X0i，Y0i，Zi)，其中X0i＝Xi+ΔXi、Y0i＝Yi+ΔYi；
进一步地，所述基于所述坐标位置，确定所述其余根部支点在所述支点局部坐标系不同坐标轴方向的相对变形量，包括：
以活动面变形后两端根部支点1和N作一直线，其投影到XZ面内的直线方程为A1Z+B1X+C1＝0，其中系数A1、B1、C1可由支点1和N的坐标(X01，Z1)和(X0N，ZN)计算得到；则支点i在X方向的相对变形量
Figure BDA0002869768100000021
为
Figure BDA0002869768100000022
进一步地，所述相对变形量还包括：
以活动面变形后两端根部支点1和N作一直线，其投影到YZ面内的直线方程为A2Z+B2Y+C2＝0，其中系数A2、B2、C2可由支点1和N的坐标(Y01，Z1)和(Y0N，ZN)计算得到；则支点i在Y方向的相对变形量
Figure BDA0002869768100000031
为
Figure BDA0002869768100000032
进一步地，所述按照所确定的相对变形量对各根部支点施加变形约束，包括：
安装好活动面后，对根部支点1和N在XYZ 3个方向施加0变形约束，对根部支点i在X方向施加
Figure BDA0002869768100000033
变形、在Y方向施加
Figure BDA0002869768100000034
变形、在Z方向施加0变形。
进一步地，所述方法以计算机程序的形式装载于计算机的存储器中，所述计算机包括处理器以及所述存储器，计算机程序被处理器执行时，实现所述方法的步骤。
进一步地，所述方法以计算机程序的形式装载于计算机可读存储介质中，计算机程序被处理器执行时，实现所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
本发明根据活动面各支点变形后的位置坐标，选取两端支点作直线，计算其余各支点对直线的距离作为各支点的相对变形量，相对变形量较原始变形量减小很多，在活动面静力载荷试验中，对各支点施加较小的相对变形量，即保证了试验的准确性，由大大降低了对试验设备的要求，降低试验难度。
附图说明
图1为活动面静力载荷试验设备的结构示意图；
图2为支点局部坐标系的示意图；
图3为X方向相对变形量图；
图4为Y方向相对变形量图；
图中标号说明：1承力墙，2滑道，3夹持件，4活动面，5根部支点。
具体实施方式
在传统试验设备和方法中，当需要模拟活动面支点变形时，由于主盒段变形一般较大，对活动面各支点施加较大变形会对试验支持夹具的变形行程要求较高，增加试验实施难度。
基于上述问题，本发明提供的一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，参见图1，本发明的活动面静力载荷试验设备的示意图；本发明的设备包括承力墙、支持夹具以及活动面和加载设备，其中，活动面的各支点通过耳片对接的形式利用支持夹具安装在承力墙上，其中支点包括根部支点和其他支点，根部支点为最接近支持夹具的支点；沿活动面的展向，所述的根部支点依次编号为1至N；支持夹具包括沿竖直方向固定在承力墙上滑道以及装配在滑道中的夹持件，夹持件的端部固定所述活动面，夹持件上有伸缩机构，通过伸缩机构调节夹持件与承力墙的相对距离；通过夹持件在滑道中的滑动，调整活动面的竖向位置。飞机实际结构中，活动面随着主盒段一同变形；变形后，各支点变形后位置的连线将形成一条曲线。
基于上述试验设备，本发明的方法包括以下步骤：
步骤1，在活动面的剖面中，对活动面建立支点局部坐标系，坐标系原点O位于活动面与支持夹具连接的根部支点，Z轴垂直于支点处的耳片平面并沿活动面的展向指向活动面尖部，X轴垂直于活动面中的前梁平面指向承力墙方向，Y轴由右手坐标系确定，后续支点变形计算和施加均在此坐标系下进行；在安装时，活动面与支持夹具可能通过多组支点连接，这些支点分布在活动面上的不同位置；而所述根部支点为活动面上最靠近支持夹具的支点。
步骤2，设活动面未受载时，除了两端根部支点1和N之外的任意根部支点i坐标为(Xi，Yi，Zi)，通过有限元分析计算，得到根部支点i在受载后的变形量为(ΔXi，ΔYi，ΔZi)，一般情况下根部支点i在垂直于耳片面外方向变形ΔZi很小，可忽略不计，则活动面在受载变形后根部支点i的位置坐标为(X0i，Y0i，Zi)，其中X0i＝Xi+ΔXi、Y0i＝Yi+ΔYi。
步骤3，计算支点i在X方向的相对变形量。
以活动面变形后两端根部支点1和N作一直线，其投影到XZ面内的直线方程为A1Z+B1X+C1＝0，其中系数A1、B1、C1可由支点1和N的坐标(X01，Z1)和(X0N，ZN)计算得到；则支点i在X方向的相对变形量
Figure BDA0002869768100000051
即支点i到直线的距离为
Figure BDA0002869768100000052
步骤4，计算支点i在Y方向的相对变形量。以活动面变形后两端根部支点1和N作一直线，其投影到YZ面内的直线方程为A2Z+B2Y+C2＝0，其中系数A2、B2、C2可由支点1和N的坐标(Y01，Z1)和(Y0N，ZN)计算得到。则支点i在Y方向的相对变形量
Figure BDA0002869768100000053
即支点i到直线的距离为
Figure BDA0002869768100000054
步骤5，在活动面静力载荷试验中，安装好活动面后，对根部支点1和N在XYZ 3个方向施加0变形约束，对根部支点i在X方向施加
Figure BDA0002869768100000055
变形、在Y方向施加
Figure BDA0002869768100000056
变形、在Z方向施加0变形。
本发明根据活动面各支点变形后的位置坐标，选取两端支点作直线，确定其余各支点对直线的距离作为各支点的相对变形量，相对变形量较原始变形量减小很多；在活动面静力载荷试验中，对各支点施加较小的相对变形量，即可使得各支点位移变化后的位置连线所形成的曲线，与传统方法形成的曲线一致，保证了试验的准确性，又大大降低了对试验支持装置的要求，不需要通过支持夹具大行程调节，一方面确保了试验精度，另一方面也降低了实施难度。
通过在某项活动面极限载荷试验中的应用，有效的解决了实际工程难题。
以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，其特征在于，包括以下步骤：
在活动面的剖面中，建立活动面与试验设备连接处的根部支点的支点局部坐标系；
在所述支点局部坐标系下，通过有限元分析得到除了两端根部支点之外的其余根部支点在受载后的变形量，并得到根部支点在受载变形后的位置坐标；
基于所述位置坐标，确定所述其余根部支点在所述支点局部坐标系不同坐标轴方向的相对变形量；
在活动面静力载荷试验中，利用试验设备安装好活动面后，按照所确定的相对变形量对各根部支点施加变形约束；
所述试验设备包括承力墙、支持夹具以及活动面和加载设备，其中：
活动面的各支点通过耳片对接的形式利用支持夹具安装在承力墙上，其中支点包括最接近支持夹具的根部支点；沿活动面的展向，所述的根部支点依次编号为1至N；
支持夹具包括沿竖直方向固定在承力墙上滑道以及装配在滑道中的夹持件，夹持件的端部固定所述活动面，夹持件上有伸缩机构，通过伸缩机构调节夹持件与承力墙的相对距离；通过夹持件在滑道中的滑动，调整活动面的竖向位置；
所述基于所述位置坐标，确定所述其余根部支点在所述支点局部坐标系不同坐标轴方向的相对变形量，包括：
以活动面变形后两端根部支点1和N作一直线，其投影到XZ面内的直线方程为A1Z+B1X+C1＝0，其中系数A1、B1、C1可由根部支点1和N的坐标(X01，Z1)和(X0N，ZN)计算得到；则根部支点i在X方向的相对变形量
Figure FDA0003806993810000011
为
Figure FDA0003806993810000012
所述相对变形量还包括：
以活动面变形后两端根部支点1和N作一直线，其投影到YZ面内的直线方程为A2Z+B2Y+C2＝0，其中系数A2、B2、C2可由根部支点1和N的坐标(Y01，Z1)和(Y0N，ZN)计算得到；则根部支点i在Y方向的相对变形量
Figure FDA0003806993810000021
为
Figure FDA0003806993810000022
所述按照所确定的相对变形量对各根部支点施加变形约束，包括：
安装好活动面后，对根部支点1和N在XYZ 3个方向施加0变形约束，对根部支点i在X方向施加
Figure FDA0003806993810000023
变形、在Y方向施加
Figure FDA0003806993810000024
变形、在Z方向施加0变形。
2.根据权利要求1所述的活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，其特征在于，所述在活动面的剖面中，建立活动面与试验设备连接处的根部支点的支点局部坐标系，包括：
建立支点局部坐标系，坐标系原点O位于活动面与支持夹具连接的根部支点，Z轴垂直于支点处的耳片平面并沿活动面的展向指向活动面尖部，X轴垂直于活动面中的前梁平面指向承力墙方向，Y轴由右手坐标系确定，后续支点变形计算和施加均在此坐标系下进行。
3.根据权利要求1所述的活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，其特征在于，所述得到根部支点在受载变形后的位置坐标，包括：
记除了两端根部支点1和N之外的任意根部支点i坐标为(Xi，Yi，Zi)，通过有限元分析计算，得到根部支点i在受载后的变形量为(ΔXi，ΔYi，ΔZi)，活动面在受载变形后根部支点i的位置坐标为(X0i，Y0i，Zi)，其中X0i＝Xi+ΔXi、Y0i＝Yi+ΔYi。
4.根据权利要求1所述的活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，其特征在于，所述方法以计算机程序的形式装载于计算机的存储器中，所述计算机包括处理器以及所述存储器，处理器执行计算机程序时实现根据权利要求1-3中任一权利要求所述方法的步骤。
5.根据权利要求1所述的活动面静力载荷试验中支点变形施加方法，其特征在于，所述方法以计算机程序的形式装载于计算机可读存储介质中，计算机程序被处理器执行时，实现根据权利要求1-3中任一权利要求所述方法的步骤。
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