[发明专利]基于应变监测的工装构件关键区域位移场预测方法

说明书

本发明基于应变监测的位移场预测方法属于测量技术领域，涉及一种应用应变传感器的工装构件关键区域位移场预测方法。该方法先设计工装构件位移场预测实验系统，在确定应变传感器布置数量及位置后，利用应变解调仪以及电脑服务器对应变传感器测量的波长变化值进行解调处理，获取被测工装构件型面测点的应变信息。同时，采用激光跟踪仪对预测点的位移真值进行测量，建立了相应的应变—位移物理模型，对多个单点的位移值变化进行预测；采用拟合优化算法预测被测构件关键区域位移场。该方法有效解决了工装构件位移场测量成本高、效率低、精度差等问题，预测过程简单，易操作，具有高测量精度和速度，提高了工装构件关键区域位移场预测精度与效率。

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种应用应变传感器进行应变监测的工装构件关键区域位移场预测方法。

背景技术

飞机装配的准确度对于飞机整体的制造精度有着十分重要的影响，而飞机装配的准确度又与装配工装的精度息息相关。新一代飞机结构更加复杂，零件繁多，对于装配的准确度又提出了更高的要求，作为飞机装配准确度的保证，需要对工装零件关键区域的空间微位移进行高精测量，而飞机装配工装零件尺寸小，数量多，布局密集且飞机零件装配过程复杂，工装零件关键区域的微小位移难以直接测量。采用从应变监测信息预测零件关键区域的微小位移情况是解决上述困境的关键。应变传感器作为测量应变的高精小型传感器，可以满足装配工装零件的测量要求，而在实际监测系统中，传感器布置的数量受到经济、实际环境等多种条件的制约，同时还要保证工装装配过程的精度，因而根据零件上有限数量的传感器所监测的应变信息预测出零件关键区域的位移场情况意义重大。

徐东升等人2015年专利号为201510512482.3的专利《一种基于光纤光栅传感器的局部位移测量方法》中提出了一种基于布拉格光纤光栅传感器的测量局部位移的方法，该方法可对弹性构件的局部位移进行高精度测量，具有高精度、易操作、安全性高等特点，但对于构件的大变形大位移测量效果较差且测量灵敏度受构件厚度影响较大。

王从思等人2017年专利号为201710121235.X的专利《基于应变传感器的电子装备功能形面特征点位移场重构方法》中提出了一种基于应变传感器的电子装备功能形面特征点位移场重构方法，该方法基于模态分析理论，在结构载荷信息未知的情况下，利用少量应变传感器测量的应变即可重构出电子装备功能形面特征点的位移场，具有测量成本低，效率高等优势，但对于二维形面位移场的重构精度不高且算法较为复杂。

邓冬梅等人于2017年在岩土力学期刊第12期发表的《基于集合经验模态分解与支持向量机回归的位移预测方法:以三峡库区滑坡为例》中提出了基于时间序列集合经验模态分解(EEMD)与重构的粒子群优化-支持向量机回归(PSO-SVR)的位移预测方法，该方法结合现场的具体情况，对三峡库区多个台阶型滑坡进行了位移预测，预测位移与实测位移较吻合，位移预测精度较高。但该方法对于多个测量变量的规律性及测量时间有较高要求，且适用面窄。

发明内容

本发明要解决的技术难题是，发明了一种基于应变监测的工装构件关键区域位移场预测方法。该方法利用建立的位移场预测实验系统进行预测实验，首先根据构件实际受力情况进行仿真分析，确定应变传感器数量及布局。在载荷作用下，进行被测构件形面多点应变测量，以及构件测点位移真值精确测量。建立应变—位移物理模型确定多点位移变化值，利用拟合优化算法预测被测构件关键区域位移场，最终完成被测构件关键区域位移场预测。该方法过程简单，易操作，具有高测量精度和速度，提高了构件关键区域位移场预测的精度与效率。

本发明采用的技术方案是一种基于应变监测的工装构件关键区域位移场预测方法，该方法先建立位移场预测实验系统，并通过仿真分析确定应变传感器布置数量及位置后，利用应变解调仪以及电脑服务器对应变传感器测量的波长变化值进行解调处理，获取被测构件形面测点的应变值；采用激光跟踪仪对构件测点位移的真值精确测量；然后，建立相应的应变—位移物理模型，对多个单点的位移值变化进行预测；依据拟合优化算法，对构件关键区域的位移场进行预测，实现基于应变监测的工装构件关键区域位移场预测。方法的具体步骤如下：