本發(fā)明屬于靜載荷試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著承載結(jié)構(gòu)在航空、航天、重機(jī)、船舶海洋等重大工程的廣泛應(yīng)用，大型化、柔性、大變形結(jié)構(gòu)在復(fù)雜熱力耦合服役環(huán)境下的使用場(chǎng)景越來越多，并且通常傳統(tǒng)的高低溫試驗(yàn)、靜載荷試驗(yàn)等單一環(huán)境加載方法對(duì)于大型化、柔性、大變形結(jié)構(gòu)的承載性能驗(yàn)證、負(fù)載條件下的高低溫環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證難以實(shí)現(xiàn)充分、有效覆蓋，同時(shí)傳統(tǒng)的定點(diǎn)加載、接觸式靜態(tài)測(cè)試等方法，也難以滿足柔性、大變形結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)熱力學(xué)性能驗(yàn)證的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及方法，解決了航空、航天、重機(jī)、船舶、海洋等重大工程中大型復(fù)雜柔性大變形結(jié)構(gòu)研制過程中熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試?yán)щy的問題。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

3、一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，包括被試件、試件固定工裝a、試件固定工裝b、應(yīng)力應(yīng)變傳感器a、應(yīng)力應(yīng)變傳感器b、加載接口a、溫度傳感器、位移測(cè)量靶標(biāo)、平衡吊掛接口、平衡吊掛承載線纜、平衡滑塊、平衡滑動(dòng)軌道、平衡隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、穿艙口a、平衡支撐、平衡自重塊、位移測(cè)量ccd、位移測(cè)量保護(hù)裝置、位移測(cè)量控制線纜、穿艙口b、位移測(cè)量控制系統(tǒng)、耐高低溫力傳感器b、耐高低溫力傳感器a、加載隨動(dòng)滑塊a、滑塊軌道a、隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)a、穿艙口c、加載線纜a、多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)、加載支撐a、加載線纜b、加載支撐b、主動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、主動(dòng)控制滑塊、加載隨動(dòng)滑塊b、滑塊軌道b、加載接口b、隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)b、加載支撐c、加載偏移測(cè)量ccd、加載偏移測(cè)量保護(hù)裝置、加載偏移測(cè)量控制線纜、加載偏移測(cè)量控制系統(tǒng)、加載-偏移協(xié)同控制線路、穿艙口d、加載-應(yīng)力應(yīng)變協(xié)同控制線路、加載-位移協(xié)同控制線路、同步控制器、全參量協(xié)調(diào)控制線路、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量測(cè)量控制線纜、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量控制系統(tǒng)、高低溫環(huán)境控溫箱和滑塊軌道c；

4、其中，被試件為熱力耦合試驗(yàn)對(duì)象；位移測(cè)量靶標(biāo)粘貼在被試件上；試件固定工裝a、試件固定工裝b分別與被試件的固定接口連接；平衡吊掛接口設(shè)置在被試件的質(zhì)心處；平衡滑塊安裝于平衡滑動(dòng)軌道內(nèi)，平衡滑塊實(shí)現(xiàn)沿平衡滑動(dòng)軌道一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；平衡滑塊通過平衡吊掛承載線纜與平衡吊掛接口連接；平衡滑動(dòng)軌道通過平衡隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在平衡支撐上；平衡自重塊通過平衡吊掛承載線纜依次繞穿艙口a、平衡隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡滑塊與平衡吊掛接口連接形成一個(gè)重量吊掛回路，實(shí)現(xiàn)被試件的自身重量的平衡；

5、應(yīng)力應(yīng)變傳感器a、應(yīng)力應(yīng)變傳感器b分別粘貼于被試件表面；應(yīng)力應(yīng)變傳感器a、應(yīng)力應(yīng)變傳感器b分別通過應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量測(cè)量控制線纜經(jīng)穿艙口d與應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量控制系統(tǒng)連接；

6、位移測(cè)量ccd安裝在位移測(cè)量保護(hù)裝置上，并通過位移測(cè)量控制線纜與位移測(cè)量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信和控制連接；

7、加載-偏移協(xié)同控制線路、加載-應(yīng)力應(yīng)變協(xié)同控制線路、加載-位移協(xié)同控制線路分別用于將加載偏移測(cè)量控制系統(tǒng)、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量控制系統(tǒng)、位移測(cè)量控制系統(tǒng)與同步控制器連接，用于柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)過程中的加載-偏移、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、位移測(cè)量信息時(shí)鐘同步；全參量協(xié)調(diào)控制線路實(shí)現(xiàn)同步控制器與多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)對(duì)柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)過程中的加載-偏移、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、位移測(cè)量信息的同步獲取和控制；

8、所述溫度傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)高低溫環(huán)境控溫箱中的實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)；所述穿艙口a、穿艙口b、穿艙口c、穿艙口d分布于高低溫環(huán)境控溫箱壁的不同位置處，為試驗(yàn)加載、應(yīng)變、位移參數(shù)測(cè)試提供穿艙接口；加載接口a設(shè)置在被試件上的縱向載荷加載處；加載線纜a依次將耐高低溫力傳感器a、加載隨動(dòng)滑塊a和多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)對(duì)縱向加載載荷的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制；加載隨動(dòng)滑塊a位于滑塊軌道a中；滑塊軌道a對(duì)加載隨動(dòng)滑塊a實(shí)現(xiàn)一維運(yùn)動(dòng)限位功能，加載隨動(dòng)滑塊a僅實(shí)現(xiàn)沿滑塊軌道a長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)；滑塊軌道a的一端與隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)a連接，并進(jìn)一步通過隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)a安裝在加載支撐a頂端；加載支撐a底端為固支安裝；

9、加載接口b位于被試件上的橫向載荷加載處；加載線纜b依次將耐高低溫力傳感器b、主動(dòng)控制滑塊、加載隨動(dòng)滑塊b與多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)對(duì)橫向加載載荷的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制；

10、主動(dòng)控制滑塊位于滑塊軌道b中；加載隨動(dòng)滑塊b位于滑塊軌道c中；滑塊軌道b與隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)b連接，并進(jìn)一步通過隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)b安裝于加載支撐c頂端；加載支撐c底端為固支安裝；滑塊軌道c與主動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，并進(jìn)一步通過主動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于加載支撐b頂端，加載支撐b底端為固支安裝；

11、加載偏移測(cè)量ccd放置于加載偏移測(cè)量保護(hù)裝置中，整體固定于滑塊軌道c上；加載偏移測(cè)量控制線纜由加載偏移測(cè)量保護(hù)裝置穿艙引出后與加載偏移測(cè)量控制系統(tǒng)連接。

12、在上述的一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，所述位移測(cè)量保護(hù)裝置為位移測(cè)量ccd提供一個(gè)恒溫恒壓適用環(huán)境并保持不同位移測(cè)量ccd之間基線穩(wěn)定；位移測(cè)量保護(hù)裝置在位移測(cè)量ccd視場(chǎng)前方安裝有高透光光學(xué)玻璃，通過實(shí)時(shí)獲取粘貼于被試件的位移測(cè)量靶標(biāo)圖像，解算得到熱力耦合試驗(yàn)過程中被試件的特定區(qū)域位移。

13、在上述的一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，所述滑塊軌道b實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)控制滑塊一維運(yùn)動(dòng)限位功能，主動(dòng)控制滑塊僅實(shí)現(xiàn)沿滑塊軌道b長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)；所述滑塊軌道c實(shí)現(xiàn)對(duì)加載隨動(dòng)滑塊b一維運(yùn)動(dòng)限位功能，加載隨動(dòng)滑塊b僅實(shí)現(xiàn)沿滑塊軌道c長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)。

14、在上述的一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，通過多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)縱向載荷加載和控制，即實(shí)時(shí)通過耐高低溫力傳感器b測(cè)量和控制橫向載荷大?。恢鲃?dòng)控制滑塊、滑塊軌道b、隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)b、加載支撐c組成的一級(jí)橫向加載隨動(dòng)機(jī)構(gòu)；一級(jí)橫向加載隨動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)加載隨動(dòng)滑塊b實(shí)時(shí)位置的低阻力跟隨；滑塊軌道c、加載隨動(dòng)滑塊b、加載隨動(dòng)滑塊b、加載支撐b組成的二級(jí)橫向加載隨動(dòng)機(jī)構(gòu)；二級(jí)橫向加載隨動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)加載接口b實(shí)時(shí)位置的低阻力跟隨；通過一級(jí)橫向加載隨動(dòng)機(jī)構(gòu)、二級(jí)橫向加載隨動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)同工作提供正確的橫向載荷加載方向。

15、在上述的一種柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，包括：

16、步驟1：根據(jù)被試件數(shù)量、尺寸選擇合適的高低溫環(huán)境控溫箱；

17、步驟2：將被試件與試件固定工裝a、試件固定工裝b進(jìn)行連接；

18、步驟3：將平衡吊掛接口與被試件行連接；根據(jù)重量，選擇合適的平衡自重塊；平衡自重塊與平衡滑塊、平衡滑動(dòng)軌道、平衡隨動(dòng)擺轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡支撐工裝形成重量吊掛回路，平衡被試件自重；

19、步驟4：根據(jù)測(cè)量需求在被試件不同位置粘貼應(yīng)力應(yīng)變傳感器a和位移測(cè)量靶標(biāo)；

20、步驟5：通過應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量測(cè)量控制線纜將應(yīng)力應(yīng)變傳感器a穿過穿艙口d與應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行連接；

21、步驟6：將位移測(cè)量ccd安裝于位移測(cè)量保護(hù)裝置，并通過位移測(cè)量控制線纜與位移測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)通信和控制；對(duì)被試件的位移測(cè)量靶標(biāo)進(jìn)行圖像獲??；

22、步驟7：將溫度傳感器粘貼在被試件及高低溫環(huán)境控溫箱表面不同位置；

23、步驟8：將加載接口a與被試件的縱向載荷加載處進(jìn)行連接，并通過加載線纜a依次與耐高低溫力傳感器a、加載隨動(dòng)滑塊a、多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)進(jìn)行連接；

24、步驟9：將加載接口b與被試件的橫向載荷加載處進(jìn)行連接，并通過加載線纜b依次與耐高低溫力傳感器b、主動(dòng)控制滑塊、加載隨動(dòng)滑塊b與多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)連接；

25、步驟10：將加載偏移測(cè)量ccd安裝于加載偏移測(cè)量保護(hù)裝置上，并通過加載偏移測(cè)量控制線纜與加載偏移測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，對(duì)橫向加載偏移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

26、步驟11：通過加載-位移協(xié)同控制線路將加載偏移測(cè)量控制系統(tǒng)與同步控制器進(jìn)行連接；

27、步驟12：通過加載-應(yīng)力應(yīng)變協(xié)同控制線路將應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量控制系統(tǒng)與同步控制器進(jìn)行連接；

28、步驟13：通過加載-位移協(xié)同控制線路將位移測(cè)量控制系統(tǒng)與同步控制器進(jìn)行連接；

29、步驟14：關(guān)閉高低溫環(huán)境控溫箱，按照試驗(yàn)要求進(jìn)行升降溫；

30、步驟15：到達(dá)指定溫度后，通過同步控制器控制多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)進(jìn)行橫縱向力協(xié)調(diào)加載，并采集應(yīng)力應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)柔性大變形結(jié)構(gòu)的熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試。

31、在上述的測(cè)試方法，所述步驟1中，被試件為1件或多件。

32、在上述的測(cè)試方法，所述步驟4中，位移測(cè)量采用非接觸式測(cè)量方式；通過位移測(cè)量ccd采集被試件在高低溫環(huán)境下的位移測(cè)量靶標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)高低溫環(huán)境下的位移準(zhǔn)確測(cè)量。

33、在上述的測(cè)試方法，所述步驟6中，位移測(cè)量保護(hù)裝置提供一個(gè)恒溫恒壓適用環(huán)境并保持不同位移測(cè)量ccd之間基線穩(wěn)定，同時(shí)配備高透光光學(xué)玻璃，實(shí)現(xiàn)高低溫環(huán)境中位移測(cè)量設(shè)備的有效使用和圖像的高精度采集。

34、在上述的測(cè)試方法，所述步驟10中，加載偏移測(cè)量保護(hù)裝置提供了一個(gè)恒溫恒壓的適用環(huán)境，保證?加載偏移測(cè)量ccd圖像的有效采集，對(duì)橫向加載偏移量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

35、在上述的測(cè)試方法，所述步驟15中，同步控制器控制實(shí)現(xiàn)熱力耦合試驗(yàn)過程中的加載-偏移、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、位移測(cè)量的信息時(shí)鐘同步；通過全參量協(xié)調(diào)控制線路將同步控制器連接與多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)連接，同步獲取和控制試驗(yàn)過程中的加載-偏移、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、位移測(cè)量信息。

36、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

37、（1）本發(fā)明提供了一種具有大變形高精度、通用的柔性結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試方法，可解決航天航空、重型機(jī)械、重大工程等領(lǐng)域中柔性大變形結(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)測(cè)試難題，能夠?qū)θ嵝源笞冃谓Y(jié)構(gòu)熱力耦合試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)高精度熱力耦合加載和性能測(cè)試；

38、（2）本發(fā)明采用自適應(yīng)和主動(dòng)相結(jié)合的加載調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在熱力耦合試驗(yàn)過程中加載偏移動(dòng)態(tài)跟隨的難題，有效解決了傳統(tǒng)試驗(yàn)方法無法與被試件變形隨動(dòng)，對(duì)大變形結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試誤差大的難題；

39、（3）本發(fā)明同步控制器控制可實(shí)現(xiàn)熱力耦合試驗(yàn)過程中的加載-偏移、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、位移測(cè)量的信息時(shí)鐘同步，通過全參量協(xié)調(diào)控制線路將同步控制器連接與多路協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)連接，同步獲取和控制試驗(yàn)過程中的加載-偏移、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、位移測(cè)量等信息，實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量。