[發明專利]一種帆板鉸鏈動態剛度測量裝置及測量方法

無效

• 申請號: 200910092204.1
• 申請日: 2009-09-03
• 公開（公告）號: CN101639400A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 趙壽根;張永亮;黎康;王靜濤;劉一武;吳大方;楊嘉陵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于剛度測量領域，具體來說是一種帆板鉸鏈動態剛度測量裝置及測量方法，用于帆板鉸鏈的動態剛度測量。

背景技術

帆板鉸鏈是連接帆板與帆板之間的重要機構，以前人們設計和使用帆板系統時，對鉸鏈只考慮其靜態剛度參數，隨著鉸鏈使用的深入，人們發現這種處理存在諸多的弊端，原因有如下幾點：

(1)由于鉸鏈為機構件，因此鉸鏈內部存在一定的間隙，而它的靜態力學性能參數不能夠反映間隙的力學特性；

(2)由于鉸鏈為機構件，因此鉸鏈內部存在干摩擦，同時干摩擦具有強非線性特性，它會隨著鉸鏈狀態的不同而發生變法，而它的靜態力學性能參數不能夠反映干摩擦的力學特性。帆板鉸鏈在應用的實踐表明，由于鉸鏈在工作時，其受到的外界激勵為動態力，因此鉸鏈的特性受到它的動態剛度支配而不是靜態剛度(靜載荷下抵抗變形的能力)，測量得到帆板鉸鏈的動態剛度(動載荷下抵抗變形的能力)具有重要的實際工程意義。目前，國內還沒有對帆板鉸鏈進行動態剛度測量的有效、簡單、易于操作的測量系統。

發明內容

本發明為了克服現有技術中的不足，為帆板鉸鏈的動態剛度測量提供一種帆板鉸鏈動態剛度測量裝置及測量方法，為帆板鉸鏈的強度設計和安全使用提供可靠的測試數據。

本發明一種帆板鉸鏈動態剛度測量裝置，包括激光測振頭、激光測振儀、電阻應變儀、數據采集儀、計算機、力錘、應變片、帆板鉸鏈、安裝平臺、支架、配重塊、附加梁、激光測振反光貼片、激光測振頭支架；

安裝平臺上有一支座，支座上開有兩組水平通孔，用于與帆板鉸鏈下端連接，帆板鉸鏈上端與附加梁連接；附加梁與安裝平臺的安裝平面垂直。

附加梁頂部兩側對稱安裝配重塊，帆板鉸鏈豎直中心線上延長線上，距帆板鉸鏈上端2～3厘米處的附加梁上粘貼四個應變片，應變片通過數據線與電阻應變儀連接；

在所述支座上的兩組通孔水平連接線的中心貼有激光測振反光貼片，位于支座上通孔的水平連接線上；帆板鉸鏈上端的外壁中心處貼有激光測振反光貼片，激光測振反光貼片中心與帆板鉸鏈上端螺栓孔中心處于同一水平線上。

支架上安裝有激光測振頭支架、激光測振儀、電阻應變儀、數據采集儀、計算機；

激光測振儀、電阻應變儀、力錘、計算機與數據采集儀、以及激光測振頭與激光測振儀間均由數據線連接。所述激光測振頭支架用來支撐和調節激光測振頭空間位置。

所述激光測振頭通過分光鏡產生兩束等強的激光束，一束為信號光束，另一束為參考光束；所述的信號光束通過透鏡聚焦入射到被測物體帆板鉸鏈表面的激光測振反光貼片，激光測振反光貼片反射或散射回來的信號光束和參考光束在激光測振頭內的光敏元件上產生干涉現象，同時光敏元件上由干涉現象得到的電信號被傳送到激光測振儀。

所述激光測振儀對激光測振頭內的光敏元件得到的電信號解碼處理，得到帆板鉸鏈上端和下端的動態位移值，最后將動態位移值通過數據線傳送到數據采集儀；

所述電阻應變儀與附加梁上的4個應變片和數據采集儀相連，當附加梁下端的應變片產生由應變引起電阻變化時，電阻變化以電信號的形式通過數據線傳輸到電阻應變儀，電阻應變儀將電信號轉換成模擬電信號通過數據線發送給數據采集儀；所述數據采集儀通過數據線將采集到的激力電信號、應變的電信號以及動態位移值的模擬進行處理，將輸入的模擬電信號轉化成數字電信號輸出，傳入數據采集與處理的計算機；

所述計算機對數字電信號的應變、以及應變與力矩的關系進行處理，得到帆板鉸鏈上的動態力矩的大小，通過此動態力矩的大小與由激光測振儀測得的動態位移值直接得出帆板鉸鏈的動態變形角度，從而得到帆板鉸鏈在該動態力矩作用下而產生動態變形對應的動態彎曲角。根據動態力矩、動態彎曲角和動態剛度的關系f＝kx，f為動態力矩，k為動態剛度，x為動態彎曲角，通過計算機處理得到帆板鉸鏈的動態剛度曲線。

本發明的優點在于：

1、本發明中帆板鉸鏈的動態變形的彎曲角度直接由激光測振儀實時測得的動態位移值得出；帆板鉸鏈的動態變力矩直接由電阻應變儀實時測得的動態應變值得出，因此本發明實現了對于帆板鉸鏈的動態剛度的測量；

2、本發明中帆板鉸鏈承受的動態力矩的頻率通過改變附加梁上安裝的配重塊質量進行調節，調節范圍廣，操作方便；

3、本發明在測量時通過粘貼在附加梁下端的應變片直接測量得到附加梁下端的應變，因此不需要考慮附加梁對動態力矩的傳遞影響；

4、本發明中激光測振頭同時測取附加梁上端和下端的位移，可得到附加梁對于安裝平臺的相對位移，消除了噪聲對測量結果的影響；