[发明专利]一种基于光栅应变测量的筒结构形变解算方法及系统

说明书

一种基于光栅应变测量的筒结构形变解算方法及系统，包括结构数据导入子模块、应变测量子模块、应变分解子模块、载荷形变计算子模块、形变叠加计算子模块，其中，筒结构形变解算方法通过安装于筒结构圆截面上的光栅传感器返回应变数据，利用应力分量、应力向量与应变向量转换关系式、所选测点位置信息等，通过计算所选测点在有效增益下各结构应力及形变，确定测点于形变状态下位置变化，具有动静态实时测量、高精度、高分辨率的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于光栅应变测量的筒结构形变解算方法及系统，属于结构测量领域。

背景技术

近年来，结构形变监测系统发展迅速，其相关检测方法和结构分析技术也随之发展。结构形变监测方式分为直接测量和间接测量，形变的直接测量在一些方面仍然存在很多困难，直接测量仪器如激光跟踪仪等对待测环境条件如平稳度、温湿度、电磁场强度等要求较高，且有测量点数少、实时性差、操作复杂等缺点，所以在一些恶劣环境、复杂应力、实时动态场合下满足不了任务需求。因此，通过测量形变产生的应变对形变进行识别的间接测量方法越来越重要，也得到研究和工程人员的重视，而测量应变的最常用的是电阻应变片和电阻应变仪电测技术，虽然是工程结构体应变测量领域一项较为成熟的技术，但也有抗电磁干扰能力差、防水性差、零漂严重等缺点。电阻应变片为电学部件抗电磁干扰能力较弱，使用材料为金属丝容易被侵蚀，后端解调设备通道扩展及复用能力较弱，测量瞬态性能差，信号传输距离短等缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有结构形变监测系统及技术测量准确性无法保证，动态解算速度慢，精度、分辨率较低，监测系统结构不稳定的问题，提出了一种基于光栅应变测量的筒结构系统及形变解算方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于光栅应变测量的筒结构形变解算方法，步骤如下：

(1)选取筒结构，在筒结构底部端面圆的圆周上选取测点并安装光栅传感器，然后以固定端面圆心为坐标原点O建立端面圆周坐标系，端面铅垂直线指向另一端面圆心为Z轴，XOY平面与端面圆平面重合；

(2)对筒结构底部端面施加有效载荷，根据光栅传感器测量参数计算所选测点光栅应变值，由此确定有效载荷具体值及筒结构端面各测点位置处应力；

(3)根据步骤(2)所得筒结构端面各测点位置处应力，计算筒结构端面各测点位置处应力形变值；

(4)根据步骤(3)所得筒结构端面各测点应力形变值，计算筒结构端面总形变值；

(5)利用步骤(3)、(4)所得形变值计算在筒结构截面圆坐标系中筒结构端面各测点于三个坐标轴方向上的位置变化量，并确定各测点位置变化后的位置坐标。

一种基于光栅应变测量的筒结构形变解算系统，包括光栅传感器、结构数据导入子模块、应变测量子模块、应变分解子模块、载荷形变计算子模块、形变叠加计算子模块，其中：

光栅传感器：安装于筒结构端面圆的圆周上，测量所选测点的光栅应变参数；

结构数据导入子模块：建立端面圆坐标系并导入筒结构光栅测点坐标数据；

应变测量子模块：测量所选测点光栅传感器参数；

应变分解子模块：对施加于筒结构一端的有效载荷进行有效载荷分解，并等效转化为结构各测点位置应变量，根据应变向量与应力向量相互转化，计算所选各测点位置处应力；

载荷形变计算子模块：计算所选测点筒结构端面圆的圆周处各测点位置应力形变值；

形变叠加计算子模块：计算所选测点在坐标轴三个方向上位置变化量，并计算各测点位置变化后位置坐标。

所述筒结构端面各测点位置处应力包括结构剪应力、轴向应力、弯矩和扭矩。