[发明专利]一种帆板铰链动态刚度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于刚度测量领域，具体来说是一种帆板铰链动态刚度测量装置及测量方法，用于帆板铰链的动态刚度测量。

背景技术

帆板铰链是连接帆板与帆板之间的重要机构，以前人们设计和使用帆板系统时，对铰链只考虑其静态刚度参数，随着铰链使用的深入，人们发现这种处理存在诸多的弊端，原因有如下几点：

(1)由于铰链为机构件，因此铰链内部存在一定的间隙，而它的静态力学性能参数不能够反映间隙的力学特性；

(2)由于铰链为机构件，因此铰链内部存在干摩擦，同时干摩擦具有强非线性特性，它会随着铰链状态的不同而发生变法，而它的静态力学性能参数不能够反映干摩擦的力学特性。帆板铰链在应用的实践表明，由于铰链在工作时，其受到的外界激励为动态力，因此铰链的特性受到它的动态刚度支配而不是静态刚度(静载荷下抵抗变形的能力)，测量得到帆板铰链的动态刚度(动载荷下抵抗变形的能力)具有重要的实际工程意义。目前，国内还没有对帆板铰链进行动态刚度测量的有效、简单、易于操作的测量系统。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的不足，为帆板铰链的动态刚度测量提供一种帆板铰链动态刚度测量装置及测量方法，为帆板铰链的强度设计和安全使用提供可靠的测试数据。

本发明一种帆板铰链动态刚度测量装置，包括激光测振头、激光测振仪、电阻应变仪、数据采集仪、计算机、力锤、应变片、帆板铰链、安装平台、支架、配重块、附加梁、激光测振反光贴片、激光测振头支架；

安装平台上有一支座，支座上开有两组水平通孔，用于与帆板铰链下端连接，帆板铰链上端与附加梁连接；附加梁与安装平台的安装平面垂直。

附加梁顶部两侧对称安装配重块，帆板铰链竖直中心线上延长线上，距帆板铰链上端2～3厘米处的附加梁上粘贴四个应变片，应变片通过数据线与电阻应变仪连接；

在所述支座上的两组通孔水平连接线的中心贴有激光测振反光贴片，位于支座上通孔的水平连接线上；帆板铰链上端的外壁中心处贴有激光测振反光贴片，激光测振反光贴片中心与帆板铰链上端螺栓孔中心处于同一水平线上。

支架上安装有激光测振头支架、激光测振仪、电阻应变仪、数据采集仪、计算机；

激光测振仪、电阻应变仪、力锤、计算机与数据采集仪、以及激光测振头与激光测振仪间均由数据线连接。所述激光测振头支架用来支撑和调节激光测振头空间位置。

所述激光测振头通过分光镜产生两束等强的激光束，一束为信号光束，另一束为参考光束；所述的信号光束通过透镜聚焦入射到被测物体帆板铰链表面的激光测振反光贴片，激光测振反光贴片反射或散射回来的信号光束和参考光束在激光测振头内的光敏元件上产生干涉现象，同时光敏元件上由干涉现象得到的电信号被传送到激光测振仪。

所述激光测振仪对激光测振头内的光敏元件得到的电信号解码处理，得到帆板铰链上端和下端的动态位移值，最后将动态位移值通过数据线传送到数据采集仪；

所述电阻应变仪与附加梁上的4个应变片和数据采集仪相连，当附加梁下端的应变片产生由应变引起电阻变化时，电阻变化以电信号的形式通过数据线传输到电阻应变仪，电阻应变仪将电信号转换成模拟电信号通过数据线发送给数据采集仪；所述数据采集仪通过数据线将采集到的激力电信号、应变的电信号以及动态位移值的模拟进行处理，将输入的模拟电信号转化成数字电信号输出，传入数据采集与处理的计算机；

所述计算机对数字电信号的应变、以及应变与力矩的关系进行处理，得到帆板铰链上的动态力矩的大小，通过此动态力矩的大小与由激光测振仪测得的动态位移值直接得出帆板铰链的动态变形角度，从而得到帆板铰链在该动态力矩作用下而产生动态变形对应的动态弯曲角。根据动态力矩、动态弯曲角和动态刚度的关系f＝kx，f为动态力矩，k为动态刚度，x为动态弯曲角，通过计算机处理得到帆板铰链的动态刚度曲线。

本发明的优点在于：

1、本发明中帆板铰链的动态变形的弯曲角度直接由激光测振仪实时测得的动态位移值得出；帆板铰链的动态变力矩直接由电阻应变仪实时测得的动态应变值得出，因此本发明实现了对于帆板铰链的动态刚度的测量；

2、本发明中帆板铰链承受的动态力矩的频率通过改变附加梁上安装的配重块质量进行调节，调节范围广，操作方便；

3、本发明在测量时通过粘贴在附加梁下端的应变片直接测量得到附加梁下端的应变，因此不需要考虑附加梁对动态力矩的传递影响；

4、本发明中激光测振头同时测取附加梁上端和下端的位移，可得到附加梁对于安装平台的相对位移，消除了噪声对测量结果的影响；