CN115165298B - 一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法 - Google Patents

一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法 Download PDF

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CN115165298B CN202211098375.7A CN202211098375A CN115165298B CN 115165298 B CN115165298 B CN 115165298B CN 202211098375 A CN202211098375 A CN 202211098375A CN 115165298 B CN115165298 B CN 115165298B
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Abstract

本发明是一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。本发明涉及旋转轴天平载荷监控技术领域，本发明根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警。本发明可实现判断天平实时应力状态，极大减小了旋转轴天平在试验过程中发生事故的机率。

Description

一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法
技术领域
本发明涉及旋转轴天平载荷监控技术领域，是一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
背景技术
旋转轴天平是复杂、精密的结构装配体。在设计过程中，对气动载荷的预估偏差会对天平与风洞试验带来风险挑战。气动载荷预估偏大会导致天平灵敏度下降，气动载荷预估偏小导致天平设计载荷无法满足试验需求，天平超载，有损坏危险。这种现象暴露出了一个问题，对旋转轴天平的全面的实时载荷监控不到位。通过对旋转轴天平进行载荷监控可以判断天平实时应力状态，一旦发生应力超过预警值得情况，可以立即采取必要措施，能够有效避免安全事故的发生。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，本发明通过研究旋转轴天平实时动态载荷监控系数，确定旋转轴天平载荷监控系数。应用载荷系数计算方法得出监测应力值，衡量旋转轴天平在不同载荷条件下天平是否超载。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；
步骤2：根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；
步骤3：根据步骤2确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；
步骤4：根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警。
优选地，所述步骤1具体为：
根据叠加原理可知，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力，应力分量和MISES应力通过下式确定：
Figure 157238DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 74379DEST_PATH_IMAGE002
（2）
Figure 854116DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中，
Figure 249325DEST_PATH_IMAGE004
为x方向应力分量，
Figure 204643DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 27105DEST_PATH_IMAGE006
为不同载荷单独作用下的x方向应力分量，
Figure 294138DEST_PATH_IMAGE007
为y方向应力分量，
Figure 493039DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 161917DEST_PATH_IMAGE009
为不同载荷单独作用下y方向应力分量，
Figure 27718DEST_PATH_IMAGE010
为剪切应力分量，
Figure 782047DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 519059DEST_PATH_IMAGE012
为不同载荷单独作用下剪切应力分量；通过
Figure 42444DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 347655DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 589280DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 864404DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 507875DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 718407DEST_PATH_IMAGE018
来计算载荷作用时的应力分量和MISES应力。
优选地，所述步骤2具体为：
测出天平中心受载通过下式表示：
Figure 447329DEST_PATH_IMAGE019
其中，x为天平受轴向力，y为天平受升力，z为天平受侧向力，
Figure 526143DEST_PATH_IMAGE020
为x方向受力系数，
Figure 24121DEST_PATH_IMAGE021
为y方向受力系数，
Figure 671134DEST_PATH_IMAGE022
为z方向受力系数，L为天平受滚转力矩，
Figure 621772DEST_PATH_IMAGE023
为滚转方向载荷系数，M为天平受偏航力矩，
Figure 504278DEST_PATH_IMAGE024
为偏航方向载荷系数，N'为天平受俯仰力矩，
Figure 856762DEST_PATH_IMAGE025
为俯仰方向载荷系数，N·m为扭矩单位牛米，N为单位牛顿；
确定载荷点所受的应力状态，包括6个应力分量，监测应力值
Figure 677606DEST_PATH_IMAGE026
及MISES应力，通过下式表示：
Figure 115540DEST_PATH_IMAGE027
（4）
Figure 536157DEST_PATH_IMAGE028
（5）
Figure 884093DEST_PATH_IMAGE029
（6）
Figure 997543DEST_PATH_IMAGE030
（7）
Figure 922773DEST_PATH_IMAGE031
（8）
Figure 147081DEST_PATH_IMAGE032
（9）
Figure 208578DEST_PATH_IMAGE033
（10）
其中，
Figure 368295DEST_PATH_IMAGE034
为受轴向力x方向产生的应力分量，
Figure 780822DEST_PATH_IMAGE035
为受升力x方向产生的应力分量，
Figure 808821DEST_PATH_IMAGE036
为受侧向力x方向产生的应力分量，
Figure 990404DEST_PATH_IMAGE037
为受滚转力矩x方向产生的应力分量，
Figure 180076DEST_PATH_IMAGE038
为受偏航力矩x方向产生的应力分量，
Figure 79899DEST_PATH_IMAGE039
为受俯仰力矩x方向产生的应力分量，
Figure 521376DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 823044DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 183619DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 570738DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 940539DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 703571DEST_PATH_IMAGE045
分别为受六元载荷下y方向产生的应力分量，
Figure 500626DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 109462DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 282954DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 169002DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 136958DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 233090DEST_PATH_IMAGE051
分别为受六元载荷下z方向产生的应力分量，
Figure 944694DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 685248DEST_PATH_IMAGE053
、
Figure 824105DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 407533DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 657249DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 517889DEST_PATH_IMAGE057
分别为受六元载荷下xy方向的剪切应力分量，
Figure 827647DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 898372DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 951778DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 669854DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 150514DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 442955DEST_PATH_IMAGE063
分别为六元载荷下yz方向的剪切应力分量，
Figure 175419DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 869705DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 521267DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 566583DEST_PATH_IMAGE067
、
Figure 961792DEST_PATH_IMAGE068
、
Figure 510585DEST_PATH_IMAGE069
为分别受六元载荷下xz方向的剪切应力分量，
Figure 473993DEST_PATH_IMAGE070
为天平受到的实际应力。
优选地，所述步骤3具体为:
基于应力分量的载荷系数,在6种载荷
Figure 741026DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 939927DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 343226DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 602169DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 231865DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 968877DEST_PATH_IMAGE076
作用下，应力分量及MISES应力如式（1）-（10）所示，6种载荷等比例扩大到K倍，即6种载荷为
Figure 492262DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 922106DEST_PATH_IMAGE078
，
Figure 898152DEST_PATH_IMAGE079
，
Figure 311292DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure 954763DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 289929DEST_PATH_IMAGE082
；
此时的应力分量为:
Figure 894217DEST_PATH_IMAGE083
（11）
同理可得：
Figure 973031DEST_PATH_IMAGE084
（12）
Figure 471009DEST_PATH_IMAGE085
（13）
Figure 977076DEST_PATH_IMAGE086
（14）
Figure 193294DEST_PATH_IMAGE087
（15）
Figure 951166DEST_PATH_IMAGE088
（16）
监测应力值
Figure 303650DEST_PATH_IMAGE089
及MISES应力通过下式确定：
Figure 246198DEST_PATH_IMAGE090
Figure 684132DEST_PATH_IMAGE091
（17）。
优选地，根据在基元载荷
Figure 104749DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 452685DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 300556DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 225786DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 450094DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 777170DEST_PATH_IMAGE076
作用下的MISES应力，就得到等比例加载到K倍后的MISES应力值。
优选地，所述步骤4具体为：
旋转轴天平在使用时，通过设计载荷得到各个需要注意位置节点的应力最大值即应力阈值，通过加载基元载荷，根据旋转轴天平的实时输出，根据天平所受的基元载荷
Figure 61521DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 352344DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 114763DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 296346DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 751598DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 651421DEST_PATH_IMAGE076
，通过得到节点的载荷系数，实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时报警，即对旋转轴天平进行载荷预警。
优选地，当计算X=2000N时某点的应力，只需X=1N时6个应力分量乘以2000即得X=2000N时的六个应力分量；
当计算Y=200N,L=10N*M时某点MISES应力，只需Y=1N时六个应力分量乘以200，对应加上L=1N*M时的六个应力分量乘以10的值，就得到最终的应力分量，最后计算得到MISES应力值。
一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测系统，所述系统包括：
应力确定模块，所述应力确定模块根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；
应力状态确定模块，所述应力状态确定模块根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；
天平应力分量确定模块，所述天平应力分量确定模块确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；
预警模块，所述预警模块根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
本发明具有以下有益效果：
本发明在各种不同的载荷条件下，使用基于应力分量的载荷系数计算方法得出的MISES应力（监测应力值）都与有限元计算得出的MISES应力值相等，这种方法可以实时监控旋转轴天平体的应力情况。本发明使用基于应力分量的载荷系数计算方法可以对旋转轴天平进行实时载荷监控，判断天平实时应力状态，极大减小了旋转轴天平在试验过程中发生事故的机率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为单独受载荷A作用下应力状态图；
图2为单独受载荷B作用下应力状态图；
图3为受载荷A与B同时作用下的应力状态图；
图4为梁根部取点图；
图5为外环与梁连接部分取点图；
图6为梁中部取点图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1至图6所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本发明涉及一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；
步骤2：根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；
步骤3：根据步骤2确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；
步骤4：根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警。
具体实施例二：
本申请实施例二与实施例一的区别仅在于：
所述步骤1具体为：
根据叠加原理可知，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力，应力分量和MISES应力通过下式确定：
Figure 92898DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 128987DEST_PATH_IMAGE002
（2）
Figure 755140DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中，
Figure 142259DEST_PATH_IMAGE004
为x方向应力分量，
Figure 246482DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 402656DEST_PATH_IMAGE006
为不同载荷单独作用下的x方向应力分量，
Figure 75077DEST_PATH_IMAGE007
为y方向应力分量，
Figure 683913DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 857406DEST_PATH_IMAGE009
为不同载荷单独作用下y方向应力分量，
Figure 743453DEST_PATH_IMAGE010
为剪切应力分量，
Figure 711409DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 807541DEST_PATH_IMAGE012
为不同载荷单独作用下剪切应力分量；通过
Figure 253566DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 384333DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 523190DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 979055DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 228771DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 214044DEST_PATH_IMAGE018
来计算载荷作用时的应力分量和MISES应力。
具体实施例三：
本申请实施例三与实施例二的区别仅在于：
所述步骤2具体为：
测出天平中心受载通过下式表示：
Figure 523803DEST_PATH_IMAGE019
其中，x为天平受轴向力，y为天平受升力，z为天平受侧向力，
Figure 594527DEST_PATH_IMAGE020
为x方向受力系数，
Figure 523300DEST_PATH_IMAGE021
为y方向受力系数，
Figure 363080DEST_PATH_IMAGE022
为z方向受力系数，L为天平受滚转力矩，
Figure 843740DEST_PATH_IMAGE023
为滚转方向载荷系数，M为天平受偏航力矩，
Figure 136181DEST_PATH_IMAGE024
为偏航方向载荷系数，N'为天平受俯仰力矩，
Figure 993279DEST_PATH_IMAGE025
为俯仰方向载荷系数，N·m为扭矩单位牛米，N为单位牛顿；
确定载荷点所受的应力状态，包括6个应力分量，监测应力值
Figure 687565DEST_PATH_IMAGE026
及MISES应力，通过下式表示：
Figure 214492DEST_PATH_IMAGE027
（4）
Figure 259809DEST_PATH_IMAGE028
（5）
Figure 655018DEST_PATH_IMAGE029
（6）
Figure 203811DEST_PATH_IMAGE030
（7）
Figure 291853DEST_PATH_IMAGE031
（8）
Figure 558886DEST_PATH_IMAGE032
（9）
Figure 367573DEST_PATH_IMAGE033
（10）
其中，
Figure 36452DEST_PATH_IMAGE034
为受轴向力x方向产生的应力分量，
Figure 295395DEST_PATH_IMAGE035
为受升力x方向产生的应力分量，
Figure 784145DEST_PATH_IMAGE036
为受侧向力x方向产生的应力分量，
Figure 786736DEST_PATH_IMAGE037
为受滚转力矩x方向产生的应力分量，
Figure 211855DEST_PATH_IMAGE038
为受偏航力矩x方向产生的应力分量，
Figure 376120DEST_PATH_IMAGE039
为受俯仰力矩x方向产生的应力分量，
Figure 617745DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 158448DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 536340DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 137086DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 475794DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 820188DEST_PATH_IMAGE045
分别为受六元载荷下y方向产生的应力分量，
Figure 318165DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 824233DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 40451DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 922956DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 150806DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 827775DEST_PATH_IMAGE051
分别为受六元载荷下z方向产生的应力分量，
Figure 265710DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure 951906DEST_PATH_IMAGE053
、
Figure 158896DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 272346DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 72943DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 297251DEST_PATH_IMAGE057
分别为受六元载荷下xy方向的剪切应力分量，
Figure 624327DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 908678DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 55625DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 83624DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 137643DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 592895DEST_PATH_IMAGE063
分别为六元载荷下yz方向的剪切应力分量，
Figure 492718DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 58829DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 94918DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 721071DEST_PATH_IMAGE067
、
Figure 717977DEST_PATH_IMAGE068
、
Figure 87779DEST_PATH_IMAGE069
为分别受六元载荷下xz方向的剪切应力分量，
Figure 243954DEST_PATH_IMAGE070
为天平受到的实际应力。
具体实施例四：
本申请实施例四与实施例三的区别仅在于：
所述步骤3具体为:
基于应力分量的载荷系数,在6种载荷
Figure 41008DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 649844DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 433124DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 443805DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 411761DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 507893DEST_PATH_IMAGE076
作用下，应力分量及MISES应力如式（1）-（10）所示，6种载荷等比例扩大到K倍，即6种载荷为
Figure 219497DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 350264DEST_PATH_IMAGE078
，
Figure 364488DEST_PATH_IMAGE079
，
Figure 682336DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure 197631DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 182905DEST_PATH_IMAGE082
；
此时的应力分量为:
Figure 492664DEST_PATH_IMAGE083
（11）
同理可得：
Figure 297808DEST_PATH_IMAGE084
（12）
Figure 229511DEST_PATH_IMAGE085
（13）
Figure 69291DEST_PATH_IMAGE086
（14）
Figure 549951DEST_PATH_IMAGE087
（15）
Figure 107971DEST_PATH_IMAGE088
（16）
监测应力值
Figure 699490DEST_PATH_IMAGE089
及MISES应力通过下式确定：
Figure 659355DEST_PATH_IMAGE092
Figure 186283DEST_PATH_IMAGE093
（17）。
具体实施例五：
本申请实施例五与实施例四的区别仅在于：
根据在基元载荷
Figure 966020DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 361229DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 175601DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 998064DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 265097DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 339364DEST_PATH_IMAGE076
作用下的MISES应力，就得到等比例加载到K倍后的MISES应力值。
具体实施例六：
本申请实施例六与实施例五的区别仅在于：
所述步骤4具体为：
旋转轴天平在使用时，通过设计载荷得到各个需要注意位置节点的应力最大值即应力阈值，通过加载基元载荷，根据旋转轴天平的实时输出，根据天平所受的基元载荷
Figure 8242DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 1606DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 755935DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 758527DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 281912DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 321543DEST_PATH_IMAGE076
，通过得到节点的载荷系数，实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时报警，即对旋转轴天平进行载荷预警。
具体实施例七：
本申请实施例七与实施例六的区别仅在于：
当计算X=2000N时某点的应力，只需X=1N时6个应力分量乘以2000即得X=2000N时的六个应力分量；
当计算Y=200N,L=10N*M时某点MISES应力，只需Y=1N时六个应力分量乘以200，对应加上L=1N*M时的六个应力分量乘以10的值，就得到最终的应力分量，最后计算得到MISES应力值。
具体实施例八：
本申请实施例八与实施例七的区别仅在于：
本发明提供一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测系统，所述系统包括：
应力确定模块，所述应力确定模块根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；
应力状态确定模块，所述应力状态确定模块根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；
天平应力分量确定模块，所述天平应力分量确定模块确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；
预警模块，所述预警模块根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警。
具体实施例九：
本申请实施例九与实施例八的区别仅在于：
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
具体实施例十：
本申请实施例十与实施例九的区别仅在于：
本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
具体实施例十一：
本申请实施例十一与实施例十的区别仅在于：
以某旋转轴天平为例，在做比较分析时所用节点来自天平的三个区域，如图4 -图6所示。节点号N1，N2，N3，N4取自天平梁根部，节点号N5，N6，N7取自梁与外环连接部，节点号N8，N9，N10取自应变梁中部。
以二维平面为例，假设此二维平面单独受到某载荷A的作用，那么其某点W应力状态如图1所示；假设此二维平面单独受到某载荷B的作用，那么其某点W应力状态如图2所示；最后，假设此二维平面受到某载荷A与B的共同作用，那么其某点W应力状态如图3所示。
因为始终处于线弹性，所以根据叠加原理可知，有：
Figure 563169DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 103871DEST_PATH_IMAGE003
（3）
可用A、B载荷单独作用时的应力分量，即
Figure 481763DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 82509DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 418288DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 762681DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 995079DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 766726DEST_PATH_IMAGE018
来计算A、B载荷共同作用时的应力分量和MISES应力。
假设旋转轴天平上某点A有36个系数（应力分量），X=1N，Y=1N，Z1N，L=1N·m，M=1N·m，N=1N·m单独作用时的应力分量为：
Figure 717365DEST_PATH_IMAGE094
、
Figure 599870DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 827720DEST_PATH_IMAGE096
、
Figure 770269DEST_PATH_IMAGE097
、
Figure 208203DEST_PATH_IMAGE098
、
Figure 894399DEST_PATH_IMAGE099
。
现测出天平中心受载为：
Figure 101390DEST_PATH_IMAGE019
则可推测出A点所受的应力状态（6个应力分量，监测应力值
Figure 214839DEST_PATH_IMAGE026
及MISES应力）为：
Figure 15436DEST_PATH_IMAGE100
（4）
Figure 239744DEST_PATH_IMAGE101
（5）
Figure 566820DEST_PATH_IMAGE102
（6）
Figure 585592DEST_PATH_IMAGE103
（7）
Figure 998119DEST_PATH_IMAGE104
（8）
Figure 26118DEST_PATH_IMAGE032
（9）
Figure 83066DEST_PATH_IMAGE033
（10）
只要得到六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量（6×6=36，一个点36个值），就可以准确计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量。
这种方法确保了监测应力值替代MISES应力来评估旋转轴天平安全性能的可靠性和安全性。
需注意的是，一个点虽有36个系数，但是并不是在计算时都会用到。比如计算X=2000N时某点的应力，只需X=1N时6个应力分量乘以2000即得X=2000N时的六个应力分量。又比如计算Y=200N,L=10N*M时某点MISES应力，只需Y=1N时六个应力分量乘以200，对应加上L=1N*M时的六个应力分量乘以10的值，就可以得到最终的应力分量，最后计算得到MISES应力值。
因此，对于一些特殊情况，基于应力分量的载荷系数计算方法是需要简化的。在6种载荷
Figure 538319DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 172562DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 738673DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 40341DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 666494DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 666330DEST_PATH_IMAGE076
作用下，应力分量及MISES应力如式（1）-（10）所示。假设，6种载荷等比例扩大到K倍，即6种载荷为
Figure 36132DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 192306DEST_PATH_IMAGE078
，
Figure 989361DEST_PATH_IMAGE079
，
Figure 598197DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure 381476DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 392158DEST_PATH_IMAGE082
。
此时的应力分量为:
Figure 360114DEST_PATH_IMAGE083
（11）
同理可得：
Figure 456246DEST_PATH_IMAGE084
（12）
Figure 167850DEST_PATH_IMAGE085
（13）
Figure 33038DEST_PATH_IMAGE086
（14）
Figure 47261DEST_PATH_IMAGE087
（15）
Figure 630689DEST_PATH_IMAGE088
（16）
因此，监测应力值
Figure 145984DEST_PATH_IMAGE089
及MISES应力为：
Figure 865678DEST_PATH_IMAGE106
Figure 175437DEST_PATH_IMAGE108
（17）。
这就是基于MISES应力的载荷系数计算方法。因此，若知道基元载荷（
Figure 246161DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 174934DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 14714DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 495374DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 53394DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 644913DEST_PATH_IMAGE076
作用）下的MISES应力，就可以知道等比例加载到K倍后的MISES应力值。
值得注意的是，若基元载荷为单个方向载荷，即
Figure 339199DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 128776DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 908513DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 303723DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 118095DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 940557DEST_PATH_IMAGE076
只有一项存在时（单个载荷加载），式（10）也是成立的。
旋转轴天平在使用时，可以通过天平的设计载荷得到各个需要注意位置节点的应力最大值即应力阈值。通过加载基元载荷，可以得到，须注意位置节点的载荷系数。在试验过程中，根据旋转轴天平的实时输出，通过天平公式可以算出天平所受的六元力
Figure 207591DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 281857DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 950736DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 944100DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 698429DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 435441DEST_PATH_IMAGE076
，通过需要注意位置的节点的载荷系数可以得到，实时状态下该点的实时应力值。将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，就会报警，即可对旋转轴天平进行载荷预警。
将对两种方法计算得来的监测应力值与有限元计算得来的MISES应力值作对比，以验证其理论正确性。
在对应力分量载荷进行监测时，对天平依次单独施加基元载荷（共6种），提取36个系数（应力分量）。格式如表1所示。
表1 各节点应力分量(MPa)系数表
Figure 958826DEST_PATH_IMAGE110
Figure 264037DEST_PATH_IMAGE112
Figure 505662DEST_PATH_IMAGE114
Figure DEST_PATH_IMAGE115
Figure 780786DEST_PATH_IMAGE116
Figure DEST_PATH_IMAGE117
当所选定监测节点的载荷监测系数全部确定后，则考虑进行简单工况下（如：单分量加载）的对比验证。
首先考虑单个载荷加载情况，即
Figure 502885DEST_PATH_IMAGE071
，
Figure 838051DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 566973DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 645787DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 143765DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 915412DEST_PATH_IMAGE076
只有一项存在。若天平单独受力Y向500N的载荷，那么监测应力值应该由单独受Y向1N力的情况下的6个应力分量系数乘以500，再做MISES等效得出，然后将算得的MISES应力（监测应力值）与天平单独受Y向500N力的情况下的MISES应力值（有限元计算直接得出）进行对比，如果两者计算结果一致则说明本项目所提出的全域载荷监测方法在单分量加载情况下是行得通的。
其次可考虑等比例加载情况。考虑多分量载荷同时作用的情况，但是加载为等比例加载。
外载荷：法兰盘上下表面载荷（等效到几何中心点）为X轴方向200N，Y轴方向200N，Z轴方向200N，绕X轴200N·m扭矩，绕Y轴200N·m弯矩，绕Z轴200N·m弯矩。
这里依旧将算得的MISES应力值（监测应力值）与有限元计算得出的MISES应力值进行对比，如果两者计算结果一致则说明本项目所提出的全域载荷监测方法在等比例加载情况下是行得通的。
最后考虑非等比例加载情况，即对天平施加六分量载荷，但各分量载荷大小方向均不一致。例如：在天平校心分别施加X轴方向200N，Y轴方向300N，Z轴方向400N，绕X轴转动100N·m，绕Y轴转动50N·m，绕Z轴转动60N·m的六分量载荷，使用载荷分量方法计算监测应力值并与有限元法直接计算得到的MISES应力值进行对比，两者计算结果一致，这种方法可以很稳定的衡量天平是否超载。
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 N 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。 此外，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，“N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。 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个 或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的 实施例所属技术领域的技术人员所理解。 在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实 现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设 备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播 或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或N个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM 或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进 行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存 储在计算机存储器中。 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实 施方式中，N 个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或 固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离 散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场 可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。 此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
以上所述仅是一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法的优选实施方式，一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：
步骤1：根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；
步骤2：根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；
步骤3：根据步骤2确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；
步骤4：根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警；
所述步骤2具体为：
测出天平中心受载通过下式表示：
x＝Fx×1N y＝Fy×1N z＝Fz×1N
L＝Myz×1N·m M＝Mxz×1N·m N'＝Myx×1N·m
其中，x为天平受轴向力，y为天平受升力，z为天平受侧向力，Fx为x方向受力系数，Fy为y方向受力系数，Fz为z方向受力系数，L为天平受滚转力矩，Myz为滚转方向载荷系数，M为天平受偏航力矩，Mxz为偏航方向载荷系数，N'为天平受俯仰力矩，Myx为俯仰方向载荷系数，N·m为扭矩单位牛米，N为单位牛顿；
确定载荷点所受的应力状态，包括6个应力分量，监测应力值σA及MISES应力，通过下式表示：
σx＝σx1Fx+σx2Fy+σx3Fz+σx4Myz+σx5Mxz+σx6Mxy (4)
σy＝σy1Fx+σy2Fy+σy3Fz+σy4Myz+σy5Mxz+σy6Mxy (5)
σz＝σz1Fx+σz2Fy+σz3Fz+σz4Myz+σz5Mxz+σz6Mxy (6)
τxy＝τxy1Fx+τxy2Fy+τxy3Fz+τxy4Myz+τxy5Mxz+τxy6Mxy (7)
τxz＝τxz1Fx+τxz2Fy+τxz3Fz+τxz4Myz+τxz5Mxz+τxz6Mxy (8)
τyz＝τyz1Fx+τyz2Fy+τyz3Fz+τyz4Myz+τyz5Mxz+τyz6Mxy (9)
Figure FDA0003944186340000021
其中，σx1为受轴向力x方向产生的应力分量，σx2为受升力x方向产生的应力分量，σx3为受侧向力x方向产生的应力分量，σx4为受滚转力矩x方向产生的应力分量，σx5为受偏航力矩x方向产生的应力分量，σx6为受俯仰力矩x方向产生的应力分量，σy1、σy2、σy3、σy4、σy5、σy6分别为受六元载荷下y方向产生的应力分量，；σz1、σz2、σz3、σz4、σz5、σz6分别为受六元载荷下z方向产生的应力分量，τxy1、τxy2、τxy3、τxy4、τxy5、τxy6分别为受六元载荷下xy方向的剪切应力分量，τyz1、τyz2、τyz3、τyz4、τyz5、τyz6分别为六元载荷下yz方向的剪切应力分量，τxz1、τxz2、τxz3、τxz4、τxz5、τxz6为分别受六元载荷下xz方向的剪切应力分量，σmises为天平受到的实际应力；
所述步骤3具体为:
基于应力分量的载荷系数,在6种载荷Fx，Fy，Fz，Myz，Mxz，Mxy作用下，应力分量及MISES应力如式(1)-(10)所示，6种载荷等比例扩大到K倍，即6种载荷为KFx，KFy，KFz，KMyz，KMxz，KMxy；
此时的应力分量为:
σx'＝σx1KFx+σx2KFy+σx3KFz+σx4KMyz+σx5KMxz+σx6KMxy＝Kσx (11)
σy'＝Kσy (12)
σz'＝Kσz (13)
τxy'＝Kτxy (14)
τxz'＝Kτxz (15)
τyz'＝Kτyz (16)
监测应力值σA'及MISES应力通过下式确定：
Figure FDA0003944186340000031
2.根据权利要求1所述的一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法，其特征是：所述步骤1具体为：
根据叠加原理可知，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力，应力分量和MISES应力通过下式确定：
σx＝σ'x+σ″x (1)
σy＝σ'y+σ″y (2)
τxy＝τ'xy+τ″xy (3)
其中，σx为x方向应力分量，σ'x、σ″x为不同载荷单独作用下的x方向应力分量，σy为y方向应力分量，σ'y、σ″y为不同载荷单独作用下y方向应力分量，τxy为剪切应力分量，τ'xy、τ″xy为不同载荷单独作用下剪切应力分量；
通过σ'x、σ″x、σ'y、σ″y、τ'xy、τ″xy来计算载荷作用时的应力分量和MISES应力。
3.根据权利要求1所述的一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法，其特征是：
所述步骤4具体为：
旋转轴天平在使用时，通过设计载荷得到各个需要注意位置节点的应力最大值即应力阈值，通过加载基元载荷，根据旋转轴天平的实时输出，根据天平所受的基元载荷Fx，Fy，Fz，Myz，Mxz，Mxy，通过得到节点的载荷系数，实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时报警，即对旋转轴天平进行载荷预警。
4.根据权利要求3所述的一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法，其特征是：
当计算X＝2000N时某点的应力，只需X＝1N时6个应力分量乘以2000即得X＝2000N时的六个应力分量；
当计算Y＝200N,L＝10N*M时某点MISES应力，只需Y＝1N时六个应力分量乘以200，对应加上L＝1N*M时的六个应力分量乘以10的值，就得到最终的应力分量，最后计算得到MISES应力值。
5.一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测系统，其特征是：用于实现权利要求1-4任意一项权利要求所述的监测方法，所述系统包括：
应力确定模块，所述应力确定模块根据旋转轴天平的应力状态，确定载荷作用时的应力分量和MISES应力；
应力状态确定模块，所述应力状态确定模块根据旋转天平的应力分量，测量旋转天平中心的受载，确定载荷点所受的应力状态；
天平应力分量确定模块，所述天平应力分量确定模块确定六种基元载荷分别单独作用时，对应的6个应力分量，计算线弹性情况下旋转轴天平上某个指定节点在任意载荷下的MISES应力及应力分量；
预警模块，所述预警模块根据节点的载荷系数得到实时状态下该点的实时应力值，将实时应力值与应力阈值进行对比，当实时应力值超过应力阈值时，则报警，对旋转轴天平进行载荷预警。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
7.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种旋转轴天平实时动态载荷监控系数的监测方法。
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