[發(fā)明專利]重力與溫度復(fù)合影響下長桿構(gòu)件變形的測量方法

在審

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• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112066902A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洋;李俊卿;逯永康;劉巍;呂琦;高昌勇;司立坤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06F30/23;G06F111/04
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

1.一種重力與溫度復(fù)合影響下長桿構(gòu)件變形的測量方法，其特征是，該方法首先建立簡化的仿真模型，基于有限元仿真所得的變形曲線，選取長桿構(gòu)件上測量點的位置；然后，使用激光跟蹤儀分別獲取所有測量點在參考工位和簡支工位下的坐標(biāo)，基于兩個端部測量點的幾何約束，匹配兩個工位下的點列數(shù)據(jù)，求解重力變形；最后，使用輕質(zhì)電阻加熱圈將長桿構(gòu)件加熱至不同溫度狀態(tài)，匹配點列數(shù)據(jù)，求解溫度變形和復(fù)合變形；該方法的具體步驟如下：

第一步，基于有限元仿真的測量點選取

參照長桿構(gòu)件的特征尺寸：長度、寬度和厚度，使用三維建模軟件建立仿真模型；首先簡化長桿構(gòu)件幾何模型和兩個支撐塊幾何模型，按照有限元仿真軟件的要求，將建立好的仿真模型導(dǎo)出為合適的文件格式，并將其導(dǎo)入至有限元仿真軟件中；

根據(jù)長桿構(gòu)件所用的材料，設(shè)置仿真模型的材料參數(shù)：密度、泊松比、彈性模量、屈服強度和抗拉強度；設(shè)置約束和邊界條件為：左、右支撐塊底面為固定約束，長桿構(gòu)件與左、右支撐塊的接觸類型為固連；為長桿構(gòu)件和支撐塊劃分有限元網(wǎng)格；設(shè)置重力加速度方向為：沿長桿構(gòu)件上底面的法向向下，根據(jù)實驗所在地設(shè)置重力加速度值的大小；運行求解器進(jìn)行有限元仿真計算，獲得仿真模型在重力場作用下的變形云圖；

將位于長桿構(gòu)件中軸線上的節(jié)點數(shù)據(jù)導(dǎo)出，以長桿構(gòu)件一端的節(jié)點為坐標(biāo)原點，以桿長方向為橫軸，繪制重力變形曲線；根據(jù)變形曲線的分布規(guī)律，讀取n個斜率拐點的橫軸坐標(biāo)，作為測量點位置；其中選取的第1個和第n個測量點分別位于長桿構(gòu)件的兩端；

第二步，參考工位與簡支工位的測量

在室溫20℃狀態(tài)下，將長桿構(gòu)件整體固定于水平地面上，作為參考工位；按照第一步所選定的測量點位置，在長桿構(gòu)件(1)上布設(shè)測量點；在長桿構(gòu)件附近布設(shè)一臺激光跟蹤儀(4)，調(diào)節(jié)激光跟蹤儀(4)的左、右、中支腳(4-1、4-2、4-3)，使其達(dá)到水平；使用激光跟蹤儀(4)測量長桿構(gòu)件(1)上n個測量點的坐標(biāo)，得到點列A＝{P₁,P₂,…,P_i,…P_n}，其中，P_i＝(x_i,y_i,z_i)^T；

保持激光跟蹤儀(4)的位置不變，將左、右支撐塊(2、3)安裝在水平地面上，以左、右支撐塊為支點，將長桿構(gòu)件簡支安裝，作為簡支工位；長桿構(gòu)件在重力場作用下發(fā)生彎曲變形，使用激光跟蹤儀重新測量n個測量點的坐標(biāo)，得到點列B＝{Q₁,Q₂,…,Q_i,…Q_n}，其中，Q_i＝(u_i,v_i,w_i)^T；

第三步，點列匹配與重力變形求解

計算矢量沿水平面內(nèi)順時針方向旋轉(zhuǎn)到矢量方向的夾角θ，其余弦值為：

計算兩組點列之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R_G：

將點列B匹配到點列A的方向和位置，使其端點重合、方向一致：

式中，代表第i個測量點匹配后的坐標(biāo)；i＝1,2,…,n；T_G代表平移向量，且

T_G＝-R_GQ₁+P₁ (4)

則長桿構(gòu)件在第i個測量點處的重力變形為：

第四步，長桿構(gòu)件的溫度變形和復(fù)合變形求解

在第二步的簡支工位下，在長桿構(gòu)件(1)的底面上以合理的間距粘貼若干輕質(zhì)電阻加熱圈(5)，依次加熱至t₁,t₂,…t_j,…t_m共m個溫度狀態(tài)；在溫度為t_j的狀態(tài)下，使用激光跟蹤儀測量n個測量點的坐標(biāo)，按照第三步的匹配方法，將n個測量點的坐標(biāo)點列C＝{K₁,K₂,…,K_i,…K_n}匹配到點列A的方向和位置，使其端點重合、方向一致：

式中，代表在簡支工位、溫度為t_j的狀態(tài)下第i個測量點匹配后的坐標(biāo)；R_tj和T_tj分別代表旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量；

則長桿構(gòu)件(1)在第i個測量點處，單純因溫度變化產(chǎn)生的變形為：

長桿構(gòu)件(1)在重力與溫度復(fù)合影響下產(chǎn)生的復(fù)合變形為：