JP5284587B2 - 表面接触力を判定するための方法 - Google Patents
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Description
大略的に、本発明は、荷重又は接触力に曝された表面上の法線、接線又は剪断応力のマッピングのための方法を提供する。本発明の1つの適用において、移動する流体の流れに埋もれた表面上の静圧および剪断聴力の分布成分を判定し、該表面上の応力の実時間の流れの可視化を可能にするための方法が提供される。ここに記載された方法およびフィルムは風洞、水路又は“実際”の車両におけるモデル表面に適用することができる。
L=G−1・R (11)
ここで、Φ1はベースルミノホアの量子効率であり、ε1はベースルミノホアの吸収係数であり、I0は励起光の強度である。
I1(Λ)〜I0Φ1ε1Λ (13)
w=δL/L=I1lIo'/L1ulIo-1 (14)
ここで、Φ2は参照ルミノホアの量子効率であり、ε12はベースルミノホアによる再吸収と関連する再吸収係数である。
Λe=Φ2/(ε12+kε1) (16)
図13を参照すると、仮想線36により規定されたデルタウイングモデルを使用し、流速15m/s、アタック角度10度でのPSF技法がテストされた。このモデル表面は厚み1mmのポリマー層で覆われ、このフィルムは、その厚みに実質的に等しい深さのキャビティ内に配置され、このフィルムの上面はこのウイングの周囲表面をほぼ同一面となるようにしている。細かな蛍光粉がPSFの上面に施され、剪断歪み測定のために使用できるパターンが形成された。
符号 内容
Ω 弾性材料の3D(2D)体積
Γ Ωの境界
U,v,w 変位
ε 歪み
σ 応力
λ、μ ラメの定数
Е 弾性率
ν ポアソン比
Λ フィルムの厚み
g、G インパルス応答マトリックス
n, s インパルスマトリックスの法線および接線成分
L 表面応力のベクトル
R 表面歪みのベクトル
ρ ポリマーの密度
f0 弾性層、自然周波数(第1のシフト歪みトーン)
a,b,k,t 近似化係数
Φ ルミノホア量子効率
η 吸収係数
I 光の強度
λ 波長
12、56、74 エラストマー塗布材料
14 フィルム表面
16 領域
24 光源
26 光センサー
28 対物レンズ
Claims (26)
- 表面(10,58,76)上の接触力を測定する方法であって、
該表面にエラストマー塗布材料(12,56,74)を設ける工程と、
該表面とは反対側の塗布材料の側を接触力に曝す工程と、
該接触力により生じた法線応力に相当する塗布材料からの第1の光学的測定値を測定する工程と、
該接触力により生じた剪断応力に相当する塗布材料からの第2の光学的測定値を測定する工程と、
少なくとも1つの位置での前記第1および第2の光学的測定値に基づいて表面の複数の位置の少なくとも1つについての接触荷重値を判定する工程と、
を具備してなり、
該接触荷重値を判定する工程が、前記第1の光学的測定値から判定される法線応力に相当する値および前記第2の光学測定値から判定される剪断応力に相当する値を、法線および剪断応力値を結合する応答関数に入力することを含むことを特徴とする方法。
- 該少なくとも1つの位置について判定した前記荷重値を示差測定の表現で表す請求項1に記載の方法。
- 光学センサー(26,66)を設け、第1および第2の光学的測定値を実質的に同時に受理するよう光学センサーを配置させる請求項1に記載の方法。
- 表面上の複数の位置のそれぞれの塗布材料(12,56,74)の相対厚みを判定するための検量工程を含む請求項1に記載の方法。
- 前記第1の光学的測定値が塗布材料(12,56,74)からの発光出力を含み、前記第2の光学的測定値が塗布材料の厚みに対し横切る方向の塗布材料の変位を含む請求項1に記載の方法。
- ベースルミノホアが塗布材料(12,56,74)内に配置され、参照ルミノホアが前記表面近傍に配置され、第1の光学的測定値を測定する工程が前記ベースおよび参照ルミノホアからの発光を測定することからなる請求項1に記載の方法。
- 前記参照ルミノホアが前記ベースルミノホアのものとは異なる発光スペクトルを有し、前記参照ルミノホアの発光スペクトルの少なくとも一部が前記ベースルミノホアの吸収スペクトル内に位置している請求項6に記載の方法。
- 第1の光学的測定値が塗布材料(12,56,74)上の該少なくとも1つの位置での相対厚み測定に対応するものである請求項6に記載の方法。
- 前記接触力が前記表面(10)上の流体の流れにより生じるものである請求項1に記載の方法。
- 前記表面(58,76)が光学的に透明であり、該表面とは反対側の塗布材料(12,56,74)の側に光学的不透明層(60,78)を設けることを含み、前記塗布材料を接触力に曝す工程が接触力を前記不透明層に適用し、前記光学的透明表面を介して前記第1および第2の光学測定値を受理することを含む請求項1に記載の方法。
- 該少なくとも1つの位置で塗布材料(12,56,74)の厚みを推定する工程、該少なくとも1つの位置での弾性応答関数を推定する工程、および推定された厚みおよび推定された応答関数を用いて塗布材料全体についての応答関数を生じさせる工程を含む請求項1に記載の方法。
- 前記塗布材料が力感応性フィルム(12,56,74)からなり、剪断感度を参照して感圧フィルムの剪断応力弾性率および厚みを選択する工程を含む請求項1に記載の方法。
- 表面(10)上の接触力を測定する方法であって、
該表面に一方の側が接合するようにしてエラストマー塗布材料(12,56,74)を設ける工程と、
該塗布材料にベース発光スペクトルを発光するベースルミノホアを与える工程と、
前記表面近傍に前記ベース発光スペクトルと異なる参照発光スペクトルを発光する参照ルミノホアを与える工程と、
該表面とは反対側のエラストマー塗布材料の側を接触力に曝す工程と、
該接触力に応じて変化するエラストマー塗布材料の厚みに比例して発光する該ベースルミノホアからの発光に相当する第1の光学的測定値の第1の成分を測定する工程と、
該参照ルミノホアからの発光に相当する第1の光学的測定値の第2の成分を測定する工程と、
表面の少なくとも1つの位置について測定した前記第1の光学的測定値の第1および第2の成分に基づいて表面の少なくとも1つの位置についての接触荷重値を判定する工程と、
を具備してなることを特徴とする方法。
- 前記参照ルミノホアの発光スペクトルの少なくとも一部が前記ベースルミノホアの吸収スペクトル内に位置している請求項13に記載の方法。
- 前記ベースルミノホアの発光に対する前記参照ルミノホアの発光の比を判定する検量工程を含む請求項13に記載の方法。
- 前記ベースルミノホアが発光波長λaおよび強度Iaで発光し、前記参照ルミノホアが異なる発光波長λbおよび強度Ibで発光し、荷重値を判定する工程が、第1の荷重条件で前記ベースおよび参照ルミノホアからの発光出力Ia0およびIb0をそれぞれ検出すること、第2の荷重条件で前記ベースおよび参照ルミノホアからの発光出力Ia1およびIb1をそれぞれ検出すること、および比(Ia1Ib0/Ia0Ib1)を用いて前記の少なくとも1つの位置で塗布材料(12,56,74)の法線変形を判定することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記参照ルミノホアの発光スペクトルの少なくとも一部が前記ベースルミノホアの吸収スペクトル中に存在する請求項16に記載の方法。
- 第1の荷重条件が、荷重測定を検量するための前記表面に既知の法線接触力を適用することからなり、第2の荷重条件が、前記表面(10)に未知の接触力を適用することからなる請求項16に記載の方法。
- 前記未知の接触力が、第2の荷重条件を適用するため、前記表面(10)上に流体の流れを適用することからなる請求項18に記載の方法。
- 塗布材料(12,56,74)の厚みに対し横切る方向の塗布材料の変位に対応する第2の光学的測定値を測定する工程を含む請求項13に記載の方法。
- 前記荷重値を判定する工程が、前記第1の光学的測定値から判定される法線応力に相当する値および前記第2の光学的測定値から判定される剪断応力に相当する値を、法線および剪断応力を結合する応答関数に入力することからなる請求項20に記載の方法。
- 前記第1の光学的測定値の測定された第1および第2の成分が塗布材料(12,56,74)の瞬間厚みの関数として変化する測定値を含み、それにより前記接触力の測定を与えるものである請求項13に記載の方法。
- 表面(10,58,76)上の接触力を測定する方法であって、
該表面に一方の側が接合するようにしてエラストマー塗布材料(12,56,74)を設ける工程と、
該表面とは反対側のエラストマー塗布材料の側を接触力に曝す工程と、
この接触力の適用から生じる該塗布材料の厚みに相当する厚み測定値を得る工程と、
該表面とは反対側のエラストマー塗布材料の側に適用された該接触力により変化する接触力位置での前記厚み測定値に基づいて該表面の複数の位置の少なくとも1つについての接触荷重値を判定する工程であって、該厚み測定値が前記接触力を判定するための応答関数に入力されるエラストマー塗布材料の変位として表わされるものと、
を具備してなることを特徴とする方法。
- 前記表面上の接触力の測定が、厚み測定値から判定される法線応力に相当する値と、該接触力の適用から生じる該塗布材料の厚みに対して略垂直な方向での該塗布材料の変位として得られる剪断応力に相当する値とを、法線および剪断応力を結合する応答関数に入力することを含む請求項23に記載の方法。
- 既知の力を前記塗布材料(12,56,74)に適用し、該既知の力に相当する光学的測定値を測定することにより検量工程を行うことを含む請求項23に記載の方法。
- 厚み測定値を得る工程が、塗布材料(12,56,74)から得られる発光出力を測定することを含む請求項23に記載の方法。
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