[发明专利]一种闭口截面薄壁梁约束扭转变形的实时监测方法有效
申请号: | 201810088878.3 | 申请日: | 2018-01-30 |
公开(公告)号: | CN108413860B | 公开(公告)日: | 2019-10-29 |
发明(设计)人: | 徐浩;周齐;武湛君 | 申请(专利权)人: | 大连理工大学 |
主分类号: | G01B7/16 | 分类号: | G01B7/16 |
代理公司: | 大连东方专利代理有限责任公司 21212 | 代理人: | 姜玉蓉;李洪福 |
地址: | 116024 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | 本发明公开了一种闭口截面薄壁梁约束扭转变形的实时监测方法,该方法通过采用应变传感器测量梁的轴向应变,能够应用理论方法得到梁任意截面的翘曲位移和扭转角度,实现结构约束扭转变形的实时监测,减少实时监测闭口截面薄壁梁约束扭转变形的时间。该方法有助于结构应力应变状态的精确重构,并且为结构形状控制等进一步工作提供形状监测数据。本发明提出基于有限元计算模型的具体实施方案来验证本发明的精确度。本发明与目前其他测量梁约束扭转变形的方法相比,具有精度高、节省时间与成本、效率高等优点。 | ||
搜索关键词: | 扭转变形 实时监测 闭口截面 薄壁梁 测量梁 结构形状控制 应变传感器 计算模型 结构应力 结构约束 形状监测 应变状态 应用理论 轴向应变 翘曲 重构 验证 扭转 | ||
【主权项】:
1.一种闭口截面薄壁梁约束扭转变形的实时监测方法,其特征在于:通过实时测量闭口截面薄壁梁的表面应变从而计算扭转角和翘曲位移,具体方式为:在闭口截面薄壁梁的表面沿轴向选取应变测量点,在应变测量点上粘贴应变传感器并实时测量轴向应变,计算闭口截面薄壁梁的截面扇性面积,通过应变测量值和扇性面积推导各横截面的扭转角和翘曲位移,从而对闭口截面薄壁梁的扭转变形进行实时监测;所述闭口截面薄壁梁的横截面扭转角和翘曲位移采用如下方式计算:S1:计算该薄壁梁的截面的扇形面积ω(s)的分布:
其中s为测量点在截面外形轮廓线上的曲线坐标,h(s)为旋转中心到s点切线的距离,
为剪切余度,计算方法为:
其中J是自由扭转惯性矩,t为壁厚,Am为闭口截面面积;S2:沿轴向把梁分为多个测量段,每个测量段长度相等;S3:在每个测量段的端点,在梁表面布置应变传感器的测量点,测量点的位置为x0,x1,x2,…xn,其中n+1是测量点的数目,x0位于梁的一端,xn位于梁的另一端,其他的测量点在x0与xn之间按顺序排列;x1到xn排列在一条直线上,该直线与梁轴线平行;在梁截面上,测量点对应的外形轮廓线坐标为sm;在测量段[xi‑1,xi]上,应变表达式为:
其中,εi‑1和εi是xi‑1和xi处的应变测量值,x方向是梁轴线方向,i代表测量点序号,Δl代表测量点间距;S4:获取表面应变与扭转角的关系式为:
其中,
是扭转角,ω(sm)是测量点处的横截面扇形面积;S5:获取截面翘曲位移与应变的关系式为:u(x)=∫ε(x)dx (5)S6:结合公式(1)、(2)、(3)与(5)推导出任意截面以及截面上任意位置的翘曲位移计算公式:
其中ui是xi处的翘曲位移,Δl是测量点的间距,εj‑1和εj是xj‑1和xj处的应变测量值,u0是x0处的翘曲位移,对于一端固支梁,u0=0;S7:基于公式(4),在测量段[xi‑1,xi]上,有
S8:结合公式(1)、(2)、(3)和(7)可以得到xi处的扭转角为:
其中Δl是测量点的间距,ω(s)是测量位置的扇形面积,ε0,εi和εj是x0,xi和xj处的应变测量值,
和u0是x0处的扭转角和翘曲位移,对于一端固支梁![]()
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