[发明专利]基于应变测量的复合材料轴重称载荷识别方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于应变测量的复合材料轴重称载荷识别方法。

(二)背景技术

结构受到载荷作用的直接结果就是产生变形，当这种变形在一定限定范围内时，就可以将变形量作为衡量载荷的参数。结构应变是一种容易测量量，通过对称体结构关键部位的应变测量，根据力学模型反算出载荷的位置及大小，进而实现轴重称的称量功能。

(三)发明内容

本发明公开一种基于应变测量的复合材料轴重称载荷识别方法，其特征为：一个轴重称由两块复合材料称体组成，两个称体对汽车车轮载荷的测量是同时进行的；每个称体通过三个应变传感器测量结构变形，三个传感器等间距布置，间距需大于载重汽车轮胎的轮辐宽度；通过应变测量结果反算载荷位置及大小，反算载荷大小是建立在简直梁力学模型基础上的，反算载荷位置是反算载荷大小的基础，判断出位置后，才能依据简直梁模型中，不同位置的计算公式，反算载荷。

(四)附图说明

图1为简支梁结构加载位置1受力分析图之1；

图2为简支梁结构加载位置1受力分析图之2；

图3为简支梁结构加载位置1受力分析图之3；

图4为简支梁结构加载位置2受力分析图之1；

图5为简支梁结构加载位置2受力分析图之2；

图6为简支梁结构加载位置2受力分析图之3；

图7为简支梁结构加载位置3受力分析图之1；

图8为简支梁结构加载位置3受力分析图之2；

图9为简支梁结构加载位置3受力分析图之3；

图10为均布载荷向集中载荷的等效受力分析图；

图11为当ε₂＞ε₁并且ε₂＞ε₃时，车轮位置判断分析图A；

图12为当ε₂＞ε₁并且ε₂＞ε₃时，车轮位置判断分析图B；

图13为当ε₂＞ε₁并且ε₂＞ε₃时，车轮位置判断分析图C；

图14为当ε₁＞ε₂＞ε₃时，车轮位置判断分析图A；

图15为当ε₁＞ε₂＞ε₃时，车轮位置判断分析图B；；

图16为当ε₁＞ε₂＞ε₃时，车轮位置判断分析图C；；

图17为当ε₃＞ε₂＞ε₁时，车轮位置判断分析图A；

图18为当ε₃＞ε₂＞ε₁时，车轮位置判断分析图B；

图19为当ε₃＞ε₂＞ε₁时，车轮位置判断分析图C。

(五)具体实施方式

从应变反算载荷

根据FBG传感器通过加载到传力结构上达到对外部压力的感应和测量的原理，当纵向分布载荷力作用于碳纤维复合材料梁结构时，由纯弯曲理论知梁的弯曲变成了对FBG传感器的横向拉伸力，这种横向拉伸力称之为横向力。在工程实际中，受弯构件的特点是承受垂直于其轴线的外力，或在其轴线平面内作用有外力偶矩。受力后直的轴线变成了曲线，这种变形称为弯曲变形。为推导载荷识别算法，将称体结构简化为简支梁，其一端为固定铰支约束，另一端为可动铰支约束。

由于载荷的变化及传感器位置的影响，整个梁上各截面的剪力和弯矩有时不能由一个函数描述，这样就要分情况加以考虑。为了计算载荷大小首先粘贴两个FBG传感器，假设简支梁长为1，以简支梁的固定铰支端为坐标原点，两个传感器距坐标原点分别为x1和x2，其中(x1＜x2)，载荷F的加载位置为x。根据载荷的变化及传感器铺设位置，将分以下三种情况考虑。

1)载荷F加载到两个传感器之间(x1＜x＜x2)

简支梁结构和载荷F的加载位置及受力分析如图1所示。

由材料力学知，支反力为：