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一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201310616141.1

申请日:

2013.11.27

公开号:

太阳城集团CN103630105A

公开日:

2014.03.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01B 21/32申请日:20131127|||公开
IPC分类号: G01B21/32; G01B21/22; G01B21/02 主分类号: G01B21/32
申请人: 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所
发明人: 苏军; 安中彦; 于云飞; 李广宇; 霍成民
地址: 110015 辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号
优先权:
专利代理机构: 沈阳晨创科技专利代理有限责任公司 21001 代理人: 任玉龙
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310616141.1

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2016.11.30|||2014.04.09|||2014.03.12

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法,在试验件转动截面上布置4个位移传感器,即可同时确定试验件截面的变形角度和形心位移;而仅测试变形角度时,采用2个位移传感器即可;a)角度测量方法:确定两个位移传感器的相对位置,则通过几何关系可以确定转动角度θ:b)叶片形心位移测量方法:由于分解为平动和扭转,因此平动后,扭转中心O″不随纯扭转而发生变化;仅需要根据试验件截面的位置,合理布置位移传感器,并确定传感器之间的相对位置,即可得到构件截面的变形角度和形心位移。本发明的优点:测试发动机叶片或螺旋桨桨叶等异型结构件截面的变形角度和形心位移,测试方法对设备无特殊要求,试验安装、测试简单易行。

权利要求书

权利要求书
1.  一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法,其特征在于:所述的异型结构件变形角度和形心位移测试方法,在试验件转动截面上布置4个位移传感器,即可同时确定试验件截面的变形角度和形心位移;而仅测试变形角度时,采用2个位移传感器即可;
a)角度测量方法:
对于异型构件,其形状不规则,没有合适的基准平面用于安装传感器,两个位移传感器的初始测试位置不必在同一基准面上,而可将另一个位移传感器安装在任意位置,仅需确定两个位移传感器的相对位置,则通过几何关系可以确定转动角度θ:
tg(θ)=(y1-y2+d(1-1/cos(θ)))/D   (2)
式中,θ——被测面转动角度,单位°;
Ly——E、F处位移之差,单位mm;
D——E、F之间位移传感器测试方向间距,单位mm;
d——E、F之间位移传感器垂直方向间距,单位mm;
y1、y2——被测面转动后,在E、F处y方向的位移,单位mm;
b)叶片形心位移测量方法:
异型构件在扭转过程中,结构件截面的形心会随着载荷的变化而出现位移,小变形情况下,形心位移可以认为在以扭转方向为法向的平面内,ABCD为被测截面,形心为O,扭转后A″B″C″D″的形心为O″;将扭转分解为平动和纯扭转两个部分;A′B′C′D′和A″B″C″D″,O″相对于O在x、y方向的位移为dx、dy,即形心位移;4个位移传感器分别测试ABCD对称位置上x、y方向的位移,分别为x1、x2、y1、y2,x1与x2、y1与y2分别中心对称;
首先确定y方向的位移:由于分解为平动和扭转,因此平动后, 扭转中心O″不随纯扭转而发生变化,因此位移传感器的位移表示为:
y1=dy+y′1   (3)
y2=dy+y′2   (4)
如果仅发生A′B′C′D′到A″B″C″D″的纯扭转,y′1和y′2绝对值相同,符号相反,则,dy=(y1+y2)/2;但是,由于平动后,y1和y2两个位移传感器相对与形心也产生dx的位移,则有:
y′1=-y′o+dxtan(θ)   (5)
y′2=y′o+dxtan(θ)   (6)
式中,y′o——仅发生纯扭转时,y1或y2的位移绝对值,单位mm;
将公式(5)和(6)代入公式(3)和(4),得到:
dy=(y1+y2)/2-dxtan(θ)   (7)
同理可得:
dx=(x1+x2)/2-dytan(θ)   (8)
联立公式(7)和(8),可得:
dx=x1+x2-(y1+y2)tan(θ)2(1-tan(θ))---(9)]]>
dy=y1+y2-(x1+x2)tan(θ)2(1-tan(θ))---(10)]]>
变形角度测量和形心位移测量方法均不依赖于构件的形状,只要求试验件截面为刚性转动即可,仅需要根据试验件截面的位置,合理布置位移传感器,并确定传感器之间的相对位置,即可得到构件截面的变形角度和形心位移。

说明书

说明书一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法
技术领域
本发明涉及结构件变形角度和形心位移测试方法,特别涉及了一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法。
背景技术
常规结构件变形角度测量,通常采用其中结构件以一定的加载方式旋转,在测试截面安装2个位移传感器,变形角度计算方法见图1所示,采用公式(1)得到变形角度测试结果。
结构件一端固定,另一端通过一定的方式施加载荷,结构件产生变形,其各截面会产生变形角度,截面形心也会发生位移。对于金属构件,其在扭转过程变形量较小,其截面变形导致的倾斜量也较小,可以假设ABCD仅在二维面内转动。
测试图1结构件截面A-A的变形角度,截面A-A的俯视图见图12中ABCD。转动前后的位置分别表示为ABCD和A′B′C′D′,使用两个位移传感器,分别在截面初始位置AB一侧的E和F处测试转动后其y方向的位移y1和y2,通过几何关系,可以确定转动角度θ:
tg(θ)=Ly/D=(y1-y2)/D   (1)
可以看出,常规的角度测量方法要求2个位移传感器的测试位置点在同一基准平面,因此,测试要求试验件需要合适的平面,或者构建合适的平面。而对于发动机叶片或螺旋桨桨叶等异型薄壁结构件,其结构复杂,结构件的表面为不规则的弧形,没有合适的较大平面供 常规方法进行测试,从而造成测试结果不可信或产生较大误差。
同时,对于发动机叶片或螺旋桨桨叶等异型薄壁结构件,其在工作条件下,形心或质心将因离心力、气动力等作用而发生偏移,其位移量是进行变形分析的重要数据,因而往往需要测量试验件某些截面的形心位移,而目前未在已有文献或相关专利中出现类似形心位移的测试方法。
发明内容
本发明的目的是为了实现试验安装、测试简单易行,特提供了一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法。
本发明提供了一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法,其特征在于:所述的异型结构件变形角度和形心位移测试方法,在试验件转动截面上布置4个位移传感器,即可同时确定试验件截面的变形角度和形心位移;而仅测试变形角度时,采用2个位移传感器即可。与常规方法相比,未增加传感器的数量,仅改变了位移传感器的布置方式,测量简单易行。
a)角度测量方法
对于异型构件,其形状不规则,没有合适的基准平面用于安装传感器,本文提出采用如图2所示的角度测试方法。与常规方法不同在于,两个位移传感器的初始测试位置不必在同一基准面上(如AB),而可将另一个位移传感器安装在任意位置,如CD一侧,仅需确定两个位移传感器的相对位置(即图3中D、d),则通过几何关系可以确定转动角度θ:
tg(θ)=(y1-y2+d(1-1/cos(θ)))/D   (2)
式中,θ——被测面转动角度,单位°;
Ly——E、F处位移之差,单位mm;
D——E、F之间位移传感器测试方向间距,单位mm;
d——E、F之间位移传感器垂直方向间距,单位mm;
y1、y2——被测面转动后,在E、F处y方向的位移,单位mm;
此方法的优点是,突破常规方法对位移传感器测试位置的限制,可以根据试验件截面的形状,选择合适的测试位置。
b)叶片形心位移测量方法
异型构件在扭转过程中,结构件截面的形心会随着载荷的变化而出现位移,小变形情况下,形心位移可以认为在以扭转方向为法向的平面内,测量方法见图3所示。ABCD为被测截面,形心为O,扭转后A″B″C″D″的形心为O″。将扭转分解为平动和纯扭转两个部分,如图3中A′B′C′D′和A″B″C″D″,O″相对于O在x、y方向的位移为dx、dy,即形心位移;4个位移传感器分别测试ABCD对称位置上x、y方向的位移,分别为x1、x2、y1、y2,x1与x2、y1与y2分别中心对称。
首先确定y方向的位移:由于分解为平动和扭转,因此平动后,扭转中心O″不随纯扭转而发生变化,因此位移传感器的位移表示为:
y1=dy+y′1   (3)
y2=dy+y′2   (4)
如果仅发生A′B′C′D′到A″B″C″D″的纯扭转,y′1和y′2绝对值相同,符号相反,则,dy=(y1+y2)/2;但是,由于平动后,y1和y2两个位移传感器相对与形心也产生dx的位移,如图1中所示,则有:
y′1=-y′o+dxtan(θ)   (5)
y′2=y′o+dxtan(θ)   (6)
式中,y′o——仅发生纯扭转时,y1或y2的位移绝对值,单位mm。
将公式(5)和(6)代入公式(3)和(4),得到:
dy=(y1+y2)/2-dxtan(θ)   (7)
同理可得:
dx=(x1+x2)/2-dytan(θ)   (8)
联立公式(7)和(8),可得:
dx=x1+x2-(y1+y2)tan(θ)2(1-tan(θ))---(9)]]>
dy=y1+y2-(x1+x2)tan(θ)2(1-tan(θ))---(10)]]>
从推导过程可以看出,变形角度测量和形心位移测量方法均不依赖于构件的形状,只要求试验件截面为刚性转动即可,仅需要根据试验件截面的位置,合理布置位移传感器,并确定传感器之间的相对位置,即可得到构件截面的变形角度和形心位移。
本发明的优点:
本发明所述的异型结构件变形角度和形心位移测试方法,测试发动机叶片或螺旋桨桨叶等异型结构件截面的变形角度和形心位移,测 试方法对设备无特殊要求,试验安装、测试简单易行。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1为常规截面变形角度计算方法示意图;
图2为本发明角度测试方法示意图;
图3为本发明形心位移测量示意图;。
图2中,1-被测面转动后位置,2-被测面初始位置,3-位移传感器。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种异型结构件变形角度和形心位移测试方法,其特征在于:所述的异型结构件变形角度和形心位移测试方法,在试验件转动截面上布置4个位移传感器,即可同时确定试验件截面的变形角度和形心位移;而仅测试变形角度时,采用2个位移传感器即可。与常规方法相比,未增加传感器的数量,仅改变了位移传感器的布置方式,测量简单易行。
a)角度测量方法
对于异型构件,其形状不规则,没有合适的基准平面用于安装传感器,本文提出采用如图2所示的角度测试方法。与常规方法不同在于,两个位移传感器的初始测试位置不必在同一基准面上(如AB),而可将另一个位移传感器安装在任意位置,如CD一侧,仅需确定两个位移传感器的相对位置(即图3中D、d),则通过几何关系可以确定 转动角度θ:
tg(θ)=(y1-y2+d(1-1/cos(θ)))/D   (2)
式中,θ——被测面转动角度,单位°;
Ly——E、F处位移之差,单位mm;
D——E、F之间位移传感器测试方向间距,单位mm;
d——E、F之间位移传感器垂直方向间距,单位mm;
y1、y2——被测面转动后,在E、F处y方向的位移,单位mm;
此方法的优点是,突破常规方法对位移传感器测试位置的限制,可以根据试验件截面的形状,选择合适的测试位置。
b)叶片形心位移测量方法
异型构件在扭转过程中,结构件截面的形心会随着载荷的变化而出现位移,小变形情况下,形心位移可以认为在以扭转方向为法向的平面内,测量方法见图3所示。ABCD为被测截面,形心为O,扭转后A″B″C″D″的形心为O″。将扭转分解为平动和纯扭转两个部分,如图3中A′B′C′D′和A″B″C″D″,O″相对于O在x、y方向的位移为dx、dy,即形心位移;4个位移传感器分别测试ABCD对称位置上x、y方向的位移,分别为x1、x2、y1、y2,x1与x2、y1与y2分别中心对称。
首先确定y方向的位移:由于分解为平动和扭转,因此平动后,扭转中心O″不随纯扭转而发生变化,因此位移传感器的位移表示为:
y1=dy+y′1   (3)
y2=dy+y′2   (4)
如果仅发生A′B′C′D′到A″B″C″D″的纯扭转,y′1和y′2绝对值相同,符号相反,则,dy=(y1+y2)/2;但是,由于平动后,y1和y2两个位移传感器相对与形心也产生dx的位移,如图1中所示,则有:
y′1=-y′o+dxtan(θ)   (5)
y′2=y′o+dxtan(θ)   (6)
式中,y′o——仅发生纯扭转时,y1或y2的位移绝对值,单位mm。
将公式(5)和(6)代入公式(3)和(4),得到:
dy=(y1+y2)/2-dxtan(θ)   (7)
同理可得:
dx=(x1+x2)/2-dytan(θ)   (8)
联立公式(7)和(8),可得:
dx=x1+x2-(y1+y2)tan(θ)2(1-tan(θ))---(9)]]>
dy=y1+y2-(x1+x2)tan(θ)2(1-tan(θ))---(10)]]>
太阳城集团从推导过程可以看出,变形角度测量和形心位移测量方法均不依赖于构件的形状,只要求试验件截面为刚性转动即可,仅需要根据试验件截面的位置,合理布置位移传感器,并确定传感器之间的相对位置,即可得到构件截面的变形角度和形心位移。

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