[發(fā)明專利]具有結(jié)構(gòu)化承載件的應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980069563.7
• 申請(qǐng)日: 2019-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN112888912A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿希姆·比特納;貝恩德·福克默;穆罕默德·布盧瓦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈恩-席卡德應(yīng)用研究學(xué)會(huì)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16;G01L1/22;G01L1/26;G01L5/16;G01L5/161
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉;曹桓

本發(fā)明涉及應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)，其包括承載件，該承載件僅在接合到待測(cè)物體之后才沿著預(yù)定斷裂點(diǎn)劃分成多個(gè)部位。在沿著預(yù)定斷裂點(diǎn)分開之后，在物體發(fā)生應(yīng)變的情況下，在接合區(qū)中單獨(dú)接合的部位可以相對(duì)于彼此自由移動(dòng)，而應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)待測(cè)量物體施加明顯的力，這可能會(huì)使應(yīng)變測(cè)量失真。用于測(cè)量應(yīng)變的測(cè)量組件位于部位之間。取決于應(yīng)用，所述測(cè)量組件可以基于不同的原理。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)的方法、用于測(cè)量物體的應(yīng)變的方法以及該結(jié)構(gòu)在測(cè)量應(yīng)變中的用途。本發(fā)明還優(yōu)選地涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)和用于讀出并且優(yōu)選地激活并接合該結(jié)構(gòu)的控制裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)，其包括承載件，該承載件僅在接合到待測(cè)物體之后才沿著預(yù)定斷裂點(diǎn)被分成多個(gè)部位。在沿著預(yù)定斷裂點(diǎn)分開之后，在物體發(fā)生應(yīng)變的情況下，在接合區(qū)中單獨(dú)接合的部位可以相對(duì)于彼此自由移動(dòng)，而應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)待測(cè)量物體施加明顯的力，這可能會(huì)讓應(yīng)變測(cè)量失真。用于測(cè)量應(yīng)變的測(cè)量組件位于部位之間。取決于應(yīng)用，所述測(cè)量組件可以基于不同的原理。本發(fā)明還涉及用于制造應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)的方法、用于測(cè)量物體的應(yīng)變的方法以及該結(jié)構(gòu)在應(yīng)變測(cè)量中的用途。本發(fā)明還優(yōu)選地涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括應(yīng)變測(cè)量結(jié)構(gòu)和用于讀出并且優(yōu)選地激活(activate)并接合該結(jié)構(gòu)的控制裝置。

背景技術(shù)

例如，對(duì)物體進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量以確定尺寸并評(píng)估機(jī)械應(yīng)力部件。為了根據(jù)其功能適當(dāng)確定機(jī)械應(yīng)力部件的尺寸，必須了解應(yīng)力的類型。用于設(shè)計(jì)的決定性參數(shù)是出現(xiàn)的最大應(yīng)力，該最大應(yīng)力最終決定了尺寸。這些壓力需要預(yù)先確定，然后在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查。因此，可以將實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析視為理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)期間驗(yàn)證之間的鏈接。應(yīng)變儀或通常的應(yīng)變傳感器用于這種應(yīng)力分析。

此外，在機(jī)器狀況監(jiān)測(cè)過程中需要對(duì)應(yīng)變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以記錄和記載變化的應(yīng)力，例如，由于邊界條件和操作條件以及材料特性隨時(shí)間的變化而引起的應(yīng)力變化。

由于部件的幾何形狀和載荷應(yīng)用，應(yīng)力狀況是位置的函數(shù)。主應(yīng)力的大小及其主方向在整個(gè)表面上都變化。局部應(yīng)力峰值通常位于明顯的尺寸變化周圍，諸如肩部、缺口等。在它們附近存在明顯的梯度。應(yīng)力狀況是經(jīng)由形變或應(yīng)變測(cè)量確立的。即使在較高的部件應(yīng)力(恰好在斷裂點(diǎn)之前受力)的情況下，在通常使用的、最主要的金屬材料中僅有非常小的形變或應(yīng)變(約1至2‰)。承受純機(jī)械載荷的部件在部件表面上經(jīng)受的應(yīng)力最大。因此，該測(cè)量?jī)?yōu)選地在表面上進(jìn)行。因此，必須在局部引入和應(yīng)用敏感的測(cè)量結(jié)構(gòu)，并盡可能緊密地連接至測(cè)試物體。

通常必須測(cè)量多軸應(yīng)力狀況。只要不存在額外的法向載荷(例如壓力)，通常在待測(cè)物體的表面上就會(huì)出現(xiàn)雙軸應(yīng)力狀況。然而，通常來(lái)說，其主要方向是未知的。應(yīng)變儀的應(yīng)變花(rosette，其在不同的方向上具有多個(gè)應(yīng)變儀)完成了在實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中完全確定雙軸應(yīng)力/應(yīng)變狀況的重要任務(wù)，因?yàn)橐呀?jīng)證明可以通過在不同方向上利用三次獨(dú)立應(yīng)變測(cè)量來(lái)確定主應(yīng)變。即使主要方向是已知的，仍然需要兩次獨(dú)立的應(yīng)變測(cè)量來(lái)確定它們。現(xiàn)有技術(shù)中已知的布置是45°直角應(yīng)變花和60°三角形應(yīng)變花。

應(yīng)變儀基于由于長(zhǎng)度和橫截面變化而引起的電阻變化。如果應(yīng)變儀被伸展，其電阻會(huì)增加。如果應(yīng)變儀被壓縮(負(fù)應(yīng)變)，其電阻會(huì)降低。在此，適用dR/R＝k·ε，其中ε對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)度的相對(duì)變化。

金屬應(yīng)變儀的問題區(qū)域是低k因子、發(fā)生的低靈敏度以及應(yīng)變儀很大，因此空間分辨率較差，特別是對(duì)于應(yīng)變花而言，由于應(yīng)變儀的尺寸，在不同位置處的不同軸上進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

相比之下，半導(dǎo)體應(yīng)變儀可進(jìn)行明顯更靈敏的測(cè)量。然而，盡管這些應(yīng)變儀的機(jī)械靈敏度也很高，但是組裝很復(fù)雜，并且應(yīng)變儀經(jīng)常斷裂。另外，這些半導(dǎo)體應(yīng)變儀通常被剛性地粘合在待測(cè)量物體的整個(gè)表面上，通常是為了增加應(yīng)變儀的穩(wěn)定性。其中，粘合劑的機(jī)械性能經(jīng)常影響應(yīng)變測(cè)量和使應(yīng)變測(cè)量失真。

通常，現(xiàn)有技術(shù)中已知的應(yīng)變儀測(cè)量方法也存在問題，特別是其中橋接電路通常在部件上的不同位置處僅使用1或2個(gè)有源、相對(duì)較大的應(yīng)變儀，并且橋接電路補(bǔ)充有無(wú)源電阻器，其特別是會(huì)導(dǎo)致較差的溫度補(bǔ)償和低靈敏度。