[發明專利]基于應變測量的復合材料軸重稱載荷識別方法

無效

• 申請號: 200910072637.0
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101619999A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 于東;張博明;莫淑華;姜彭;金龍學;趙琳;孫新楊;楊仲
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01G3/12
• 分類號: G01G3/12;G01G19/02;G01G19/03
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 吳振剛

(一)技術領域

本發明涉及的是一種基于應變測量的復合材料軸重稱載荷識別方法。

(二)背景技術

結構受到載荷作用的直接結果就是產生變形，當這種變形在一定限定范圍內時，就可以將變形量作為衡量載荷的參數。結構應變是一種容易測量量，通過對稱體結構關鍵部位的應變測量，根據力學模型反算出載荷的位置及大小，進而實現軸重稱的稱量功能。

(三)發明內容

本發明公開一種基于應變測量的復合材料軸重稱載荷識別方法，其特征為：一個軸重稱由兩塊復合材料稱體組成，兩個稱體對汽車車輪載荷的測量是同時進行的；每個稱體通過三個應變傳感器測量結構變形，三個傳感器等間距布置，間距需大于載重汽車輪胎的輪輻寬度；通過應變測量結果反算載荷位置及大小，反算載荷大小是建立在簡直梁力學模型基礎上的，反算載荷位置是反算載荷大小的基礎，判斷出位置后，才能依據簡直梁模型中，不同位置的計算公式，反算載荷。

(四)附圖說明

圖1為簡支梁結構加載位置1受力分析圖之1；

圖2為簡支梁結構加載位置1受力分析圖之2；

圖3為簡支梁結構加載位置1受力分析圖之3；

圖4為簡支梁結構加載位置2受力分析圖之1；

圖5為簡支梁結構加載位置2受力分析圖之2；

圖6為簡支梁結構加載位置2受力分析圖之3；

圖7為簡支梁結構加載位置3受力分析圖之1；

圖8為簡支梁結構加載位置3受力分析圖之2；

圖9為簡支梁結構加載位置3受力分析圖之3；

圖10為均布載荷向集中載荷的等效受力分析圖；

圖11為當ε₂＞ε₁并且ε₂＞ε₃時，車輪位置判斷分析圖A；

圖12為當ε₂＞ε₁并且ε₂＞ε₃時，車輪位置判斷分析圖B；

圖13為當ε₂＞ε₁并且ε₂＞ε₃時，車輪位置判斷分析圖C；

圖14為當ε₁＞ε₂＞ε₃時，車輪位置判斷分析圖A；

圖15為當ε₁＞ε₂＞ε₃時，車輪位置判斷分析圖B；；

圖16為當ε₁＞ε₂＞ε₃時，車輪位置判斷分析圖C；；

圖17為當ε₃＞ε₂＞ε₁時，車輪位置判斷分析圖A；

圖18為當ε₃＞ε₂＞ε₁時，車輪位置判斷分析圖B；

圖19為當ε₃＞ε₂＞ε₁時，車輪位置判斷分析圖C。

(五)具體實施方式

從應變反算載荷

根據FBG傳感器通過加載到傳力結構上達到對外部壓力的感應和測量的原理，當縱向分布載荷力作用于碳纖維復合材料梁結構時，由純彎曲理論知梁的彎曲變成了對FBG傳感器的橫向拉伸力，這種橫向拉伸力稱之為橫向力。在工程實際中，受彎構件的特點是承受垂直于其軸線的外力，或在其軸線平面內作用有外力偶矩。受力后直的軸線變成了曲線，這種變形稱為彎曲變形。為推導載荷識別算法，將稱體結構簡化為簡支梁，其一端為固定鉸支約束，另一端為可動鉸支約束。

由于載荷的變化及傳感器位置的影響，整個梁上各截面的剪力和彎矩有時不能由一個函數描述，這樣就要分情況加以考慮。為了計算載荷大小首先粘貼兩個FBG傳感器，假設簡支梁長為1，以簡支梁的固定鉸支端為坐標原點，兩個傳感器距坐標原點分別為x1和x2，其中(x1＜x2)，載荷F的加載位置為x。根據載荷的變化及傳感器鋪設位置，將分以下三種情況考慮。

1)載荷F加載到兩個傳感器之間(x1＜x＜x2)

簡支梁結構和載荷F的加載位置及受力分析如圖1所示。

由材料力學知，支反力為：