[发明专利]用于结构试验的杠杆加载系统碰撞检测方法

权利要求书

1.一种用于结构试验的杠杆加载系统碰撞检测方法，其特征在于，在给定各个杠杆的连接关系、尺寸和初始位置，且结构表面加载点位移与作动器固定点位移已知的前提下，计算出杠杆加载系统中各个杠杆端点的坐标，用于试验方案演示和合理性分析，并预测试验过程中杠杆加载系统是否会发生碰撞；

所述的计算出杠杆加载系统中各个杠杆端点的坐标具体为：

对杠杆加载系统中的每个杠杆建立非线性方程组，在初始状态下方程组满足平衡关系；在结构变形状态下，结构表面点和作动器固定点的坐标为已知变量，将其代入方程组，使用非线性方程组求解方法解得各个杠杆端点的坐标；

所述的非线性方程组建立具体如下：

对于第i个杠杆，其两端点为i₁(x_i1，y_i1，z_i1)和i₂(x_i2，y_i2，z_i2)，上级杠杆与该杠杆连接的端点为h₁(x_h1，y_h1，z_h1)，在初始状态下为已知量，在结构发生变形时为待求量；

杠杆中点距离两端点的长度分别为m和n，在试验方案确定的情况下为定值；杠杆上的加载点为i₃，其坐标为

向量为杠杆的端点i₁和低一级杠杆j上加载点的连线，长度为L_j，为杠杆的端点i₂与低一级杠杆k加载点的连线，长度为L_k，L_j和L_k在加载过程中保持不变；

引入向量i₁j₃及其单位向量的单位向量为

杠杆i上，端点到其加载点i₃的向量分别为和

引入系数R

引入向量和

h₁为上一级杠杆的端点；

对杠杆i建立非线性方程组

其中最后一项展开后可得到三个方程，构成了关于杠杆i端点坐标的方程组。

2.根据权利要求1所述的碰撞检测方法，其特征在于，对于最低一级杠杆，方程组中的i₃和k₃为结构表面的点，对于最高一级杠杆，上述计算过程中的h₁为作动器的固定点。

3.根据权利要求1所述的碰撞检测方法，其特征在于，按上述方程对所有杠杆建立如公式(10)所示方程组，再组合成整个杠杆系统位移的非线性方程组。

4.根据权利要求3所述的碰撞检测方法，其特征在于，所述的预测试验过程中杠杆加载系统是否会发生碰撞具体为：求解所述整个杠杆系统位移的非线性方程组，即可得到结构发生位移的情况下，杠杆的位移；根据各个杠杆端点位置和实际所用杠杆的外形尺寸，通过计算或者用绘图法得出其所占用的空间，判断相邻杠杆所占的空间是否干涉，若发生干涉则代表实际中杠杆会发生碰撞和干涉；同理，判断其他试验设施所占空间是否与杠杆所占空间发生干涉，若发生干涉则代表会发生碰撞。