[发明专利]重力与温度复合影响下长杆构件变形的测量方法

说明书

本发明一种重力与温度复合影响下长杆构件变形的测量方法，属于几何量测量领域，涉及一种重力与温度复合影响下长杆构件变形的测量方法。该方法首先基于有限元仿真选取长杆构件上测量点的位置。然后，使用激光跟踪仪分别获取所有测量点在参考工位和简支工位下的坐标，基于两个端部测量点的几何约束，匹配两个工位下的点列数据，求解重力变形。最后，使用轻质电阻加热圈对长杆构件进行等温度间隔加热，匹配点列数据，求解温度变形和复合变形。该方法不仅能够测量重力场和温度场复合作用时长杆构件的变形，还能分离两种物理场单独作用时的影响。可用于长杆构件支撑点的优化布置，重力与温度变形的理论计算及仿真结果的检验等。

技术领域

本发明属于几何量测量领域，涉及一种重力与温度复合影响下长杆构件变形的测量方法。

背景技术

长杆构件是指轴向尺寸远大于截面尺寸的构件，是组成大型构件的基础单元之一，在航空装配、汽车制造、射电望远镜、桥梁建筑等重要工程中应用广泛。例如，长桁作为一种组成飞机机身结构的长杆构件，具有支撑蒙皮、保持飞机气动外形、承受机身轴向力等重要作用。用于保型或承受载荷的长杆构件大多采用两端固定的简支安装方式，由于其轴向尺寸大，刚度弱，因此容易在重力场作用下发生弯曲变形；且在生产车间中存在非均匀非稳定的温度场作用，容易诱导其发生温度变形。为了保证以长杆构件为基础的大型构件几何外形要求，必须对长杆构件在重力场和温度场作用下的变形规律加以研究。

目前，有限元法已被广泛应用于长杆结构的应力和变形仿真中。例如，上汽通用五菱汽车股份有限公司的樊水晶等，在《时代汽车》2020年第10期的“轻型往复杆机构的设计及有限元分析”一文中，公开了一个使用Workbench软件进行汽车工装的往复杆机构进行有限元变形计算和强度校核的案例。然而，此项研究没有考虑杆件自重和环境温度对其几何外形的影响。此外，尽管在有限元软件中可以获取重力场和温度场单独作用时长杆构件的变形量，但是实际工件却始终处于重力场和温度场叠加的复合状态中，因此难以分离单一因素对长杆构件变形的影响。

针对大型构件重力变形和温度变形的测量，北京卫星环境工程研究所的杨再华等人，在专利《航天器装配精度受重力和温度影响的补偿方法》，专利号CN 201410514480.3中，公开了一种通过经纬仪测量网络来获取立方镜姿态角，用以测量航天器重力和温度变形的方法。但该方法没有涉及航天器在重力温度复合影响下变形的测量与分离。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，发明一种重力与温度复合影响下长杆构件变形的测量方法。该方法首先基于有限元仿真选取长杆构件上测量点的位置，使用激光跟踪仪分别获取所有测量点在参考工位和简支工位下的坐标。再基于两个端部测量点的几何约束，匹配两个工位下的点列数据，求解重力变形。最后，使用轻质电阻加热圈对长杆构件进行等温度间隔加热，匹配点列数据，求解温度变形和复合变形。以获取长杆构件在外界重力场和温度场单独影响或复合影响时的变形量。本发明能够有效分离两种物理场单独作用时长杆构件的变形。该方法可用于长杆构件支撑点的优化布置、重力变形与温度变形的理论计算及仿真结果的检验等，具有广阔的应用前景。

本发明采用的技术方案是一种重力与温度复合影响下长杆构件变形的测量方法，其特征是，该方法首先建立简化的仿真模型，基于有限元仿真所得的变形曲线，选取长杆构件上测量点的位置；然后，使用激光跟踪仪分别获取所有测量点在参考工位和简支工位下的坐标，基于两个端部测量点的几何约束，匹配两个工位下的点列数据，求解重力变形；最后，使用轻质电阻加热圈将长杆构件加热至不同温度状态，匹配点列数据，求解温度变形和复合变形；该方法的具体步骤如下：

第一步，基于有限元仿真的测量点选取

参照长杆构件的特征尺寸：长度、宽度和厚度，使用三维建模软件建立仿真模型；首先简化长杆构件几何模型和两个支撑块几何模型，按照有限元仿真软件的要求，将建立好的仿真模型导出为合适的文件格式，并将其导入至有限元仿真软件中；