杜曉坤，劉克格，劉彥鵬，段垚奇

(北京飛機(jī)強(qiáng)度研究所，北京 100083)

1 引 言

飛機(jī)結(jié)構(gòu)中有許多只受同一軸線拉壓載荷作用的結(jié)構(gòu)，即二力桿件結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)操縱桿件、活動(dòng)舵面控制作動(dòng)筒等[1，2]。獲得這些二力桿件結(jié)構(gòu)在飛機(jī)實(shí)際飛行過(guò)程中的載荷，對(duì)飛機(jī)疲勞壽命研究具有非常重要的意義[3，4]。

為獲得二力桿件結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用載荷，通常采用應(yīng)變法進(jìn)行測(cè)試，而載荷地面標(biāo)定試驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理會(huì)直接影響所測(cè)載荷的準(zhǔn)確度[5-7]。文獻(xiàn)[8]介紹了美國(guó)航空航天局(NASA)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行載荷測(cè)試的應(yīng)變片粘貼和載荷地面標(biāo)定技術(shù)。文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了起落架載荷測(cè)試的應(yīng)變片粘貼和標(biāo)定試驗(yàn)方案，并研究了起落架標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。文獻(xiàn)[10]探討了有起落架布置的雙三角翼的載荷測(cè)試技術(shù)，利用全機(jī)自平衡原理，對(duì)其外場(chǎng)載荷地面標(biāo)定技術(shù)進(jìn)行了研究。針對(duì)外場(chǎng)載荷測(cè)試試驗(yàn)具有場(chǎng)地不固定且基礎(chǔ)設(shè)施不完善的特點(diǎn)，本文提出一種二力桿件結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試地面標(biāo)定方法，以應(yīng)對(duì)外場(chǎng)條件下不同類型二力桿件結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試地面標(biāo)定試驗(yàn)。

2 地面標(biāo)定試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

在無(wú)承力設(shè)施的外場(chǎng)環(huán)境，對(duì)二力桿件結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確施加沿其軸線的載荷是地面標(biāo)定試驗(yàn)的關(guān)鍵。對(duì)于需施加較大載荷的情況，這基本無(wú)法進(jìn)行。為了解決上述問(wèn)題，本文利用杠桿原理，設(shè)計(jì)了一種可移動(dòng)式的二力桿件結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試地面標(biāo)定試驗(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置的理論模型如圖1所示，根據(jù)式(1)可得載荷放大系數(shù)D。

(1)

式中，D為載荷放大系數(shù)；L1為固定鉸接點(diǎn)到二力桿件鉸接點(diǎn)的距離；L2為加載載荷點(diǎn)到二力桿件鉸接點(diǎn)的距離。

采用自制調(diào)查表,對(duì)患兒家屬對(duì)治療的滿意度進(jìn)行調(diào)查,量表總分0~100分,≥80為滿意,60~79分為一般滿意,<60分為不滿意。

圖1 試驗(yàn)裝置理論模型

分別在3種桿件模型表面上的長(zhǎng)度中心位置取40mm×20mm表面區(qū)域作為應(yīng)變測(cè)試區(qū)域，計(jì)算區(qū)域內(nèi)應(yīng)變平均值，模擬應(yīng)變片受力反應(yīng)。由于這3種桿件模型僅在長(zhǎng)度上有差異，區(qū)域內(nèi)應(yīng)變平均值基本相同，均可取2.02×10-5。

圖2 試驗(yàn)裝置示意圖

實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，隨著試驗(yàn)件(尤其是具有較高柔性的試驗(yàn)件)受載變形，試驗(yàn)裝置的橫梁與底座是處在不平行狀態(tài)的，通過(guò)式(3)計(jì)算得到的理論計(jì)算載荷會(huì)存在誤差。在試驗(yàn)裝置上安裝位移傳感器，試驗(yàn)時(shí)記錄位移傳感器和加載裝置處力傳感器的數(shù)值，根據(jù)式(4)～式(17)可實(shí)時(shí)計(jì)算出試驗(yàn)件承受的理論計(jì)算載荷Fl的大小，與通過(guò)三向力傳感器測(cè)量得到的試驗(yàn)件實(shí)際承受載荷Fs進(jìn)行校對(duì)，可防止因三向力傳感器故障影響試驗(yàn)安全和精度。由于二力桿件結(jié)構(gòu)接頭形式多樣，部分接頭形式很難進(jìn)行三向力傳感器的安裝，進(jìn)行地面標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)也可直接采用理論計(jì)算載荷Fl代替Fs進(jìn)行記錄。

在試驗(yàn)裝置橫梁與底座平行的狀態(tài)下，試驗(yàn)件承受的理論計(jì)算載荷Fl可由式(3)計(jì)算得到。

在實(shí)際加載過(guò)程中，加載裝置施加的載荷通過(guò)杠桿放大施加到試驗(yàn)件上，通過(guò)三向力傳感器即可得到施加在試驗(yàn)件上的實(shí)際載荷，即：

(2)

式中，F(xiàn)s為試驗(yàn)件實(shí)際承受的載荷；Fx為三向力傳感器X向載荷；Fy為三向力傳感器Y向載荷；Fz為三向力傳感器Z向載荷。

Apelin基因rs2235306多態(tài)性與2型糖尿病早期腎損害的關(guān)系 … 賈少丹 李靖劉偉 等（5）605

Fl=F0*D

(3)

多數(shù)企業(yè)將信息技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)管理，財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)在使用信息技術(shù)的過(guò)程中可以提升數(shù)據(jù)處理效率。這種背景下，企業(yè)選擇將職能部門進(jìn)行合并，減少人員使用的同時(shí)，提升員工的工作效率。

為方便后文描述，本文中坐標(biāo)系規(guī)定：原點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心，X軸沿底座指向底座尾端為正，Y軸沿底座縱梁指向底座為正，Z軸與XY平面垂直且符合右手定則。

(4)

(5)

(6)

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(10)

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(14)

(15)

(16)

(17)

針對(duì)這3種不同長(zhǎng)度的桿件，分別建立試驗(yàn)裝置模型，簡(jiǎn)化掉非主要的傳力部件，載荷放大系數(shù)D為4，其中L1為600mm，L2為1800mm。3種試驗(yàn)裝置模型橫梁與X軸的角度分別為17.49°、0°、-21.45°。試驗(yàn)裝置模型零部件材料彈性模量均設(shè)為210GPa，泊松比為0.28。根據(jù)各零部件的連接形式設(shè)置各自接觸類型，在橫梁和底座分別與加載裝置鉸接處施加大小相等、沿加載裝置軸線方向相反的載荷，模擬加載裝置對(duì)試驗(yàn)件施加壓向載荷。每種模型設(shè)置4種載荷工況，載荷大小分別為5kN、10kN、15kN、20kN。試驗(yàn)裝置加載應(yīng)變分布結(jié)果如圖4所示。計(jì)算出3種試驗(yàn)裝置模型在不同載荷工況下桿件應(yīng)變測(cè)試區(qū)域的應(yīng)變平均值，根據(jù)式(18)得到桿件所受載荷的有限元仿真結(jié)果。有限元計(jì)算載荷與理論計(jì)算載荷見表1-表3。

3 有限元仿真

參考實(shí)際二力桿件尺寸，將試驗(yàn)件簡(jiǎn)化為直徑160mm的桿件，設(shè)置3種長(zhǎng)度的桿件模型作為算例進(jìn)行獨(dú)立分析，其長(zhǎng)度分別為1200mm(1#桿件)、1380mm(2#桿件)、1600mm(3#桿件)。桿件材料彈性模量設(shè)為210GPa，泊松比為0.28。有限元計(jì)算時(shí)，固定桿件一端，另一端施加100kN的壓向載荷。桿件單獨(dú)加載應(yīng)變分布如圖3所示。

圖3 桿件單獨(dú)加載應(yīng)變分布

根據(jù)理論模型，設(shè)計(jì)了二力桿件結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試地面標(biāo)定試驗(yàn)裝置(如圖2所示)。該試驗(yàn)裝置主要由底座、底座縱梁、橫梁和加載裝置等組成。底座上安裝有工業(yè)腳輪和固定地腳，方便試驗(yàn)裝置移動(dòng)。底座縱梁固定在底座上，橫梁與底座縱梁通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。加載裝置安裝在試驗(yàn)裝置尾端，并與橫梁和底座以鉸接形式連接。加載裝置上安裝有力傳感器，用于記錄加載裝置施加的載荷。用于記錄試驗(yàn)件實(shí)際承受載荷的三向力傳感器固定在橫梁上，位于底座縱梁和加載裝置之間，試驗(yàn)件通過(guò)鉸接形式與底座和三向力傳感器連接。試驗(yàn)裝置安裝有線位移傳感器，用于記錄橫梁與底座之間的距離變化。加載裝置施加的載荷和試驗(yàn)件所受載荷均可看作系統(tǒng)的內(nèi)力，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)外力輸入，內(nèi)力實(shí)現(xiàn)自平衡。由于試驗(yàn)件兩端均為鉸接連接，可保證加載過(guò)程中試驗(yàn)件只承受沿其軸線的拉壓載荷。

式中，F(xiàn)l為試驗(yàn)件承受的理論計(jì)算載荷；F0為加載裝置力傳感器的讀數(shù)；D為載荷放大系數(shù)。

其中，(x1,y1)為橫梁與底座平行狀態(tài)下，試驗(yàn)件與三向力傳感器鉸接點(diǎn)坐標(biāo)；(x2,y2)為橫梁與底座平行狀態(tài)下，線位移傳感器與橫梁連接點(diǎn)坐標(biāo)；(x3,y3)為橫梁與底座平行狀態(tài)下，載荷施加裝置與橫梁鉸接點(diǎn)交點(diǎn)坐標(biāo)；(x1,y4)為橫梁與底座平行狀態(tài)下，試驗(yàn)件與底座鉸接點(diǎn)坐標(biāo)；(x2,y5)為橫梁與底座平行狀態(tài)下，線位移傳感器與底座連接點(diǎn)坐標(biāo)；(x3,y6)為橫梁與底座平行狀態(tài)下，載荷施加裝置與底座鉸接點(diǎn)交點(diǎn)坐標(biāo)；r為位移傳感器讀數(shù)。

諸多研究報(bào)道，MRI具備多參數(shù)、多序列成像和高軟組織分辨力，可提供患者不同影像學(xué)參考信號(hào)的對(duì)比圖像，是一種診斷準(zhǔn)確性高和無(wú)創(chuàng)傷的診斷方式[5]。除此之外，MRI診斷可清晰顯示腫瘤病灶的大小、形態(tài)及生長(zhǎng)方式，對(duì)腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床治療方案選擇具有重要作用[6]。本研究通過(guò)增強(qiáng)MRI應(yīng)用于結(jié)直腸癌患者的臨床診斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MRI圖像顯示42例結(jié)直腸癌患者中，結(jié)腸癌26例，直腸癌16例；MRI增強(qiáng)掃描病灶明顯強(qiáng)化，38例病灶清晰顯示，侵及的周圍組織或器官與鄰近器官間間隙消失，鄰近器官與腫塊粘連。與諸多學(xué)者研究報(bào)道相似[7]。

(18)

式中，F(xiàn)m為桿件所受載荷的有限元仿真結(jié)果，單位為kN；εf為試驗(yàn)裝置模型仿真時(shí)桿件應(yīng)變測(cè)試區(qū)域的應(yīng)變平均值；εd為桿件模型獨(dú)立仿真時(shí)桿件應(yīng)變測(cè)試區(qū)域的應(yīng)變平均值。

由有限元仿真計(jì)算載荷與理論計(jì)算載荷對(duì)比可以看出，理論載荷與有限元計(jì)算載荷誤差很小，即使在橫梁與底座不平行狀態(tài)下，載荷誤差依然保持在2%以內(nèi)，可以保證柔性二力桿件結(jié)構(gòu)地面標(biāo)定試驗(yàn)施加載荷的準(zhǔn)確性，滿足工程測(cè)試要求。

(a)試驗(yàn)裝置(1#桿件)加載應(yīng)變分布

(b)試驗(yàn)裝置(2#桿件)加載應(yīng)變分布

(c)試驗(yàn)裝置(3#桿件)加載應(yīng)變分布圖4 試驗(yàn)裝置加載應(yīng)變分布

表1 試驗(yàn)裝置(1#桿件)載荷計(jì)算結(jié)果

表2 試驗(yàn)裝置(2#桿件)載荷計(jì)算結(jié)果

表3 試驗(yàn)裝置(3#桿件)載荷計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 論

為適應(yīng)外場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種二力桿件結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試地面標(biāo)定試驗(yàn)裝置，此裝置對(duì)柔性二力桿結(jié)構(gòu)受載變形具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。該試驗(yàn)裝置可根據(jù)位移傳感器和加載裝置力傳感器的記錄值得到試驗(yàn)件承受載荷的理論值，可用于校對(duì)三向力傳感器的記錄值，也可在無(wú)法安裝三向力傳感器的情況下，用于記錄試驗(yàn)件承受載荷的實(shí)際值。

Eliminating φ, derivating Equation(7) to t, then subtituting into Equation(6) to obtain the point C line velocity in the XOY system about EDC slider crank mechanism as follows

建立了不同試驗(yàn)件長(zhǎng)度的有限元仿真模型，有限元仿真計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相吻合，結(jié)果誤差滿足工程應(yīng)用要求。本方法能夠?qū)υ囼?yàn)件加載載荷進(jìn)行精確控制，保障載荷施加大小和方向。本方法為外場(chǎng)環(huán)境下二力桿件結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試地面標(biāo)定試驗(yàn)提供了一種工程測(cè)試途徑。