飞机结构载荷测量虚拟电桥应变计算方法

在应变法飞机结构载荷测量中,应变电桥在飞机结构上的布置方式是载荷准确测量的关键影响因素,但随新结构及新材料在飞机设计制造中的应用,采用飞行器结构力学方法对受载结构定性分析以确定应变电桥布置方案的方法难以满足载荷高效精准测量的要求。针对该问题,基于空间应变理论及有限元仿真方法提出了虚拟电桥应变计算方法,在飞机结构有限元模型上构建虚拟电桥,通过虚拟电桥应变响应对其进行受载响应特性评估,以保证真实条件下以该方式布置的电桥可准确反映待测载荷。采用该方法对某起落架结构载荷测量电桥进行计算,与试验结果对比表明,该方法计算结果准确,可为应变改装提供有效量化依据,提升载荷测量精度及效率。     

矩形舵面应变模态测试中的传感器优化布置

针对矩形舵面结构应变模态测试中信噪比低、模态阶次遗漏等问题,研究了应变传感器的优化布置方法。首先,建立应变传感器布置的动力学模型;其次,基于应变振型,研究了有效独立法（effective independence, 简称EI）、MinMAC法（minimize modal assurance criteria,简称MinMAC）和奇异值分解法（singular value decomposition,简称SVD）的应用;最后,利用振动台对矩形舵面模型进行了实验验证。结果表明：测点优化前,应变响应信号缺少第2阶模态信息,应变振型向量正交性差;测点优化后,根据应变响应信号能够准确识别第2阶固有频率和阻尼比,振型向量的正交性得到改善。该优化后结果验证了传感器优化布置的必要性和有效性。     

船体结构冰载荷反演方法及试验验证

冰载荷是影响船舶冰区航行期间结构安全的重要环境载荷。船舶的冰压监测通常采用应变传感器,合理地布放传感器是识别冰载荷的基础。通过对比船体外板结构试验中的冲击载荷和不同测试方案下的应变信号,确定了最佳应变传感器布放方案;采用Green核函数方法建立了船体外板结构应变冲击载荷间的响应关系,并对采集信号在噪声影响下反演的不适定性进行了分析;采用Tikhonov正则化方法克服了载荷反演过程中出现的数值不稳定问题;最后将试验中的响应用到载荷识别分析中,反演的载荷可以较为准确地反映冲击载荷的时域特征并且载荷识别精度良好。     

弯曲钢油管外载荷测试方法研究

工程机械产品的弯曲钢油管有时会出现疲劳断裂的现象,为了对其进行优化,用有限元分析现有结构的应变分布并进行结构改进是一种有效的解决方法。但是,钢油管在实际工作过程中所受到的外力较为复杂,要在有限元模型上施加仿真边界条件会遇到困难。通过对钢油管进行受力简化,并用试验的方法,以应变片为工具测量出确定加载力下的应变响应,然后对测得的数据进行分析,建立外载荷与测点位置应变间的关系方程,最终结合实际工况可达到以应变响应测出外载荷,提供有限元分析的边界条件的目的。这一方法可应用到各种工程产品中。     

捣固装煤车侧壁结构振动响应分析与试验

利用ANSYS有限元软件,对5.5m捣固装煤车的侧壁结构进行了模态分析,给出了模态频率与振型特征;介绍了捣固作业中捣固装煤车侧壁结构振动响应现场试验的测点布置方案,对典型测点的试验数据进行了详细分析;对有限元模型施加现场测试获得的侧壁面板上时域载荷的响应分析结果与现场测试的数据进行比较分析,检验有限元模型的准确性,为捣固装煤车侧壁结构振动特性的设计提供了参考.     

强耦合结构动载荷识别方法

以高速列车转向架构架为研究对象对强耦合结构的动载荷识别方法进行了研究.分析构架的结构特点及载荷系分布,以齿轮箱载荷识别为例通过加载齿轮箱载荷工况及干扰载荷工况获得强耦合边界测点的应变响应,通过三次样条空间插值的方法分别获得了三种工况下的强耦合区域内部的应变分布,将两种干扰载荷工况应变等高线交叉为零的点选为齿轮箱载荷识别测点,通过逐级加载的"载荷-应变"传递系数标定试验获得了标定散点,通过对散点进行回归分析获得最终的齿轮箱载荷系"载荷-应变"传递系数从而完成了载荷识别.通过线路实测获得了齿轮箱载荷系的时域数据,利用短时傅里叶变换得到了齿轮箱载荷系的时频图及频谱图,通过频域分析验证了该载荷解耦方法的有效性.     

基于Kalman滤波的有限测点桁架结构疲劳损伤监测

发展一种基于Kalman滤波的应变响应估计方法,采用自行研发的疲劳应变数字化无线传感器,对有限测点桁架结构进行监测,实现桁架结构未测杆件的疲劳损伤评估。通过引入虚拟系统噪声对系统输入进行处理,在未知激励条件下对有限测点之外的拓展点应变响应进行估计;用平面主桁架数值模型验证了算法的可行性;设计平面钢桁架模型,进行桁架结构高周疲劳试验。试验结果表明,基于疲劳传感器的实测应变响应,该算法有效估计了拓展点应变响应,并与拓展点实测数据吻合良好;联合有限测点和估计点的应变响应数据,对该桁架结构实施了疲劳损伤评估。     

基于HGSA的起重机振动监测传感器布置及应用

为解决起重机械监测传感器布置手段缺失、布置点位搜索效率低,测点不够准确的问题,提出了一种基于和声遗传搜索算法（harmony genetic search algorithm,简称HGSA）的振动传感器布置方法。首先,建立模型进行模态分析,得到各阶位移矩阵,通过参数对比建立最优参数组合;其次,采用随机搜索机制对位移矩阵进行快速搜索得到初步解;然后,通过对初步解进行反复遗传和变异迭代得到最优解;最后,以门式起重机试验装置为对象,采用模态数据分析系统分别对HGSA、和声搜索（harmony search,简称HS）和遗传算法（genetic algorithm,简称GA）得到的传感器布置方案进行对比。结果表明,HGSA得到的测点频率响应函数峰值更大,能够更加有效地反映结构的振动响应。该方法为起重机械振动监测传感器安装提供了一种新手段。     

Timoshenko梁的变形场重构及传感器位置优化

针对KO位移理论仅适用于重构单方向位移场问题,提出一种适用于六自由度位移场重构的新方法,称之为"多维积分法"。依据Timoshenko梁的静力学平衡方程,建立了位移、转角与外载荷之间的数学模型。并针对不同的外载荷环境,推导出相应的应变场函数和位移场函数,建立了表面应变与截面应变之间的转换关系。为了提升该方法的容差性,以重构位移场的精确性和稳定性为优化目标,建立了关于应变传感器位置的多目标粒子群优化模型。以机翼框架为试验平台,对其进行有限元分析,建立优化目标模型,给出优化后的应变传感器的布置方案。并以此方案为依据,分别利用有限元分析结果和实测梁表面应变值来重构位移场。试验结果表明,提出的"多维积分法"在两种不同形式的外载荷作用下均呈现出较高的重构精度。     

发动机飞行载荷测量应变计布置方案分析

针对发动机风扇机匣飞行载荷的测量需求,开展了机匣应变计布置方案研究。利用应力摩尔圆得出了通过若干半桥叠加不能获取主应变的结论。根据应变和载荷的线性叠加原理,通过分析典型飞行条件下发动机受力情况,将机匣承受的静载荷归为拉压力、扭矩、剪切力、弯矩载荷、压差载荷五种载荷类型,采用合理的组桥方式可消除其他载荷对目标载荷应变的影响,确定了前四种载荷类型的应变布置方案。给出了后续载荷的测量分析方法:以地面试车、稳定平飞时的载荷数据为基准点,根据受力分析结论,建立不同状态发动机参数与应变之间的关系。这些分析和结论可为应变改装提供指导,也可为其他应变测试提供了参考和借鉴。     

基于ADAMS的装载机工作装置动力学仿真方法研究

文中针对装载机工作装置进行动应力测试需要较高的时间与人力成本,以国产额定载重9t装载机为研究对象。提出一种应用虚拟样机技术快速获得装载机工作装置应力特性的方法。在ADAMS中建立了工作装置虚拟样机模型,对工作装置在不同工况下利用Step函数进行多刚体动力学仿真分析,得到的铰点载荷与实测载荷进行对比,验证仿真方法的合理性。利用Ansys生成动臂、摇臂以及连杆的柔性体文件,采用模态叠加法建立工作装置刚柔耦合动力学模型,导入不同工况下实测液压缸位移与铰点载荷,进行了工作装置动力学仿真分析,与Step函数仿真结果对比,结果表明：对于刚体动力学仿真分析,利用Step函数模拟铲装作业可以较好地反映铰点处的峰值载荷。对于刚柔耦合动力学仿真分析,基于实测载荷的最大应力与基于Step函数模拟的最大应力相对误差不超过26%,研究为装载机工作装置的强度分析与结构优化提供参考依据。     

基于改进卡尔曼滤波的叉车载重快速准确估计方法

针对工作环境恶劣、操作工况复杂的伸缩臂叉车载重实时快速准确估计需求,对伸缩臂叉车的载重估计数学模型及其求解算法进行了研究。首先,利用叉车现有功能模块中已装配的各类传感器,提出并分析了三种载重估计方案,在综合比较各方案的优缺点之后,确定并建立了基于动力学原理的载重估计数学模型;然后,将载重作为估计系统的状态变量,将液压系统压力、臂架变幅角度和伸缩臂伸缩长度等实时信号作为测量值,将基于转动定律建立的载重计算公式作为状态变量与测量值之间的观测方程,运用卡尔曼滤波算法对该数学模型进行求解;同时,为解决卡尔曼滤波算法在递推过程中状态变量发生改变从而导致大量新测量数据对状态变量失去校正能力的问题,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的载重估计算法;最后,对某企业超长载重伸缩臂叉车进行了不同载重的离线试验和在线试验。研究结果表明：对于454 kg的轻载荷,该算法的估计结果的最大绝对误差小于91 kg,而对于1100 kg、2268 kg、3368 kg和4536 kg的重载荷,其平均绝对百分比误差小于3%;趋于稳定估计值的响应时间可在1 s之内,完全优于实际应用需求。该方法模型简单、可移植强,可推广应用到起...     

挖掘机工作装置疲劳寿命分析

针对挖掘机工作装置的疲劳破坏问题,进行了基于实测载荷历程的疲劳寿命估算,为其在服役期间的安全检查和维修决策提供依据.通过应变测量得到该工作装置薄弱部位的载荷历程,对其进行雨流计数统计,推导并确定出结构的S-N曲线,结合名义应力法理论估算出该工作装置各测点的疲劳寿命,实现了对结构进行疲劳预测分析的目的,该方法可为同类机械的疲劳寿命预测提供一定的参考依据.     

门座起重机臂架系统在起升动载激励下的动态特性研究

根据机械振动理论,对门座起重机臂架系统结构在起升动载激励下动力学特性进行研究,建立起重机起升机构的动力学模型,确定了起升机构在起动、制动工况下,钢丝绳系统弹性力的计算公式;运用ADAMS动力学软件,对臂架系统结构在起升过程时的动态响应进行仿真研究,为起升动载系数的选取提供一种新方法和理论依据.     

基于被动激励的结构应变监测系统在线校准方法

针对在役桥梁结构应变监测系统全天时工况下的在线校准问题,提出了一种基于被动激励的在线校准方法,建立了在线校准系统模型。该模型以桥梁正常通行车辆的动态荷载为激励源,通过应变监测系统与参考系统对结构应变响应参量的同步测量,构建校准溯源链,实现在役应变监测系统不间断工作状态下的在线校准。根据结构应变监测系统计量性能评测需要,建立了基于大样本数据的期间测量误差、基本误差及置信区间的量化分析模型。依托广东九江大桥开展了试验验证,结果表明,所提方法具有现场实施的可行性,由不同数据集计算所得的在线校准结果一致性较好,在包含概率大于90%时,基本误差区间的半宽度偏差不大于±0.005。     

装载机工作装置载荷识别模型与载荷测取方法

为了研究装载机铲装作业时所受外载荷大小及变化特性,根据铲斗铰点力与斗尖力关系建立工作装置外载荷识别模型。以国产LW900K装载机为试验样机,提出了三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法两种载荷制取方法,进行典型作业姿态下的载荷验证和铁矿粉物料下的载荷测试试验。结果表明:提出的三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法都能够准确获取外载荷识别所需要的铰点载荷,销轴传感器法结果精度高于动臂截面弯矩法;试验样机工作装置所受大载荷出现在物料铲掘和卸载时刻,测得卸料时的惯性冲击载荷峰值约为400kN;通过雨流计数得到外载荷合力的均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布。载荷测试和分析结果能够有效解决装载机工作装置外载荷难以获取的问题,为载荷谱编制和疲劳特性分析提供依据。     

超大型液压挖掘机混合式动臂势能回收系统设计及仿真分析

由于工作装置和负载的质量巨大，超大型液压挖掘机动臂下放时大量势能经液压阀口转变成油液的热能，造成油液温度升高。对此，提出一种流量再生与蓄能器相结合的混合式动臂势能回收系统。该系统通过流量再生原理，使动臂液压缸无杆腔流量的一部分流入有杆腔，减少对液压泵的流量需求，降低系统对发动机的功率需求；同时，使用蓄能器和平衡缸相结合的方式回收工作装置的势能，并在动臂提升时实现回收能量的再利用，提高了系统的能量利用效率。建立了系统的仿真模型，对影响势能回收和能量利用效率的关键参数进行了研究分析。结果表明，混合式动臂势能回收方案具有较好的能量回收效果，节能效果显著。     

虚拟应变测试技术在门座起重机上的应用

为了得到任意臂架幅度门座起重机在任意载重下的应力和应变,对不同工况下不同臂架位置的门座起重机模型进行有限元分析,提出了一种从有限个静力分析结果计算任意臂架幅度在任意载重下应力应变的插值方法,计算结果和应力测试的结果进行比较验证。通过分析得出:计算的应变结果和实测的应变结果具有较好的一致性,有限元分析具有较好的分析精度。     

全站仪测量自行火炮身管指向的方法改进

在实现自行火炮身管指向测量的各类方法中,全站仪测量法综合性能表现良好。但传统全站仪测量身管指向方法存在缺乏北向基准、存在轴线模拟误差的问题,因此提出了一种基于旋转矩阵的全站仪测量自行火炮身管真实指向方法。然后,利用欧拉-罗德里格斯公式推导出标记点连线与真实轴线指向的偏差公式,进而得到了真实指向相对于各观测量的不确定度模型。随后,为了减小测量方法的误差,研究了全站仪最佳布站位置,并基于蒙特卡罗方法原理进行寻优解算。最后,进行了模拟身管实装实验,实验结果表明,最佳布站方式下的测量不确定度在0.1以内,验证了本方法的可行性和准确性,抑制了由于布站方式引起的测量误差。