[发明专利]一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法，其特征在于适用于梁式结构变形监测的间接测量方法，应变数据采用光纤光栅传感器采集。本发明所提的测量方法可用于梁式结构的大变形测量，这里大变形定义为超过梁式结构长度的15％。该方法可广泛应用于大展弦比柔性机翼、大型桥梁结构、大型建筑等梁式结构的实时变形测量、结构健康监测等领域。

技术领域

本发明涉及一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量方法和装置。

背景技术

航空器结构在设计过程中需要进行大量的试验，包括结构功能、结构强度、载荷测试等方面的地面和飞行试验。这些试验中，机翼结构变形量是重要的试验数据之一。准确高效的测量结构变形，对于分析结构的性能和状态，为设计人员提供正确依据至关重要。

此外，近些年来复合材料在航空结构中得到广泛应用，机翼结构通常质量较低。同时，对于高空长航时无人机、大型民机、大型运输机等飞行器，机翼展弦比较大，柔性较大。此类飞行器在飞行过程中受气动作用会产生较大的变形。因此，结构变形测量方法需要考虑到结构大变形的作用。

现有的结构变形测量手段常见的有位移计测量、光学测量、红外仪测量。位移计测量，成本低，操作简单，测量过程直观。但是使用位移计测量时，如果结构变形较大(例如，柔性机翼变形可达到半展长的15％以上)，尤其是大变形引起的方向变化会造成测量结果不准确；此外，位移计测量很难适用于机载试验中结构变形的实时测量。光学测量系统是近些年来发展的一种用多个照相机捕捉结构空间三维位置然后解算结构变形的方法，这种方法还存在成像畸变的问题，同时如果结构变形较大，测量结果会出现不准确的现象。红外仪测量可以测量三维变形，但是成本较高，且操作复杂，测量过程不直观，有问题时无法及时发现，不利用机载试验时结构实时变形测量。

因此，在进行航空结构试验时需要一种能够适用于结构大变形的三维位形测量方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种基于应变测量数据的梁式结构变形测量装置，其特征在于包括：

第一至第四光纤S1、S2、S3、S4，每根光纤串联N个光纤光栅传感器用于应变测量，其中，第一至第四光纤上的所述N个光纤光栅传感器中的第i个光纤光栅传感器的设置点的X轴坐标相同，

第一光纤S1和第二光纤S2分别被布置于梁式结构的上表面，

第三光纤S3被布置于梁式结构的上表面，

第四光纤S4被布置于梁式结构的下表面，

所述X轴指向梁式结构的长度方向，Y轴指向梁式结构上表面法向，Z轴由右手法则定义，

光纤光栅传感器{⁽¹⁾ε₁，⁽¹⁾ε₂，⁽¹⁾ε₃，⁽¹⁾ε₄，⁽¹⁾ε₅}串联于第一光纤S1上，光纤光栅传感器{⁽²⁾ε₁，⁽²⁾ε₂，⁽²⁾ε₃，⁽²⁾ε₄，⁽²⁾ε₅}串联于第二光纤S2上，光纤光栅传感器的布置方向均为与X轴平行的方向，

光纤光栅传感器{⁽³⁾ε₁，⁽³⁾ε₂，⁽³⁾ε₃，⁽³⁾ε₄，⁽³⁾ε₅}串联于第三光纤S3上，传感器的布置方向交替与X轴呈+45°角，