[发明专利]用矢量方法测定加载同轴度的方法

权利要求书

1.一种用矢量方法测定加载同轴度的方法，其特征在于：

(1)传感器试样应变测量系统通电预热

在传感器试样应变测量系统与计算机连接后，通电预热至少30分钟，以使测量系统热平衡，处于稳定工作状态；

(2)传感器试样夹持

将传感器试样上端夹持在被校准的轴向加载试验机上，夹持时，使传感器试样取向为0°，即传感器试样横截面平面上编号为G₁的测量点位于参考方向上，参考方向选定为试验机的正前方向，传感器试样的另一端处于自由状态；

(3)应变测量系统调零

传感器试样一端被夹持后，应变测量系统进行调零，此后不再改变调零状态；

(4)夹持传感器试样的另一端并采集应变数据

夹持传感器试样另一端，采集此时零力状态下的应变数据；

(5)试验机加力试验

试验机使用力控制模式，对传感器试样施加系列增量力，系列增量力为等间隔或近似等间隔，增量力3～10级，同时自动采集增量力点应变数据，试验直至指定的力范围或直至平均轴向应变水平1000με；

(6)重新夹持传感器试样使其取向为180°的试验机加力试验

卸除力至零，卸下传感器试样，并将其重新夹持，使其取向为180°，即传感器试样横截面平面上编号为G₁的测量点，或者薄矩形横截面传感器试样的P₁点，置于与参考方向成180°的方向上；然后按照前述(2)～(5)的步骤进行试验和数据采集；

(7)数据处理和加载同轴度参数计算

弯曲应变测试和数据处理及特征参数计算，其步骤为：

应变测量：传感器试样夹持在被校准的试验机上，在传感器试样的取向分别在为0°和180°下，试验机对传感器试样施加力，采集传感器试样的应变数据；

数据处理和加载同轴度参数特征参数计算：通过矢量方法建立的计算模型，计算采用圆形横截面传感器试样、厚矩形横截面传感器试样和薄矩形横截面传感器试样校准时的试验机加载同轴度参数；得到最大弯曲应变试验机分量B_mc和PB_mc、试样分量B_sp和PB_sp及其方位角θ_mc和θ_sp的结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(7)中所述的通过矢量方法建立的计算模型的步骤为：

(1)使用圆形横截面传感器试样

Bmc=12B2+B′2+2BB′cos(θ′-θ)---(1)]]>

Bsp=12B2+B′2-2BB′cos(θ′-θ)---(2)]]>

PBmc=Bmca---(3)]]>

PBsp=Bspa---(4)]]>

θmc=θ+θ′-θ|θ′-θ|cos-1(B2+Bmc2-Bsp22BBmc)---(5)]]>

θsp=θ-θ′-θ|θ′-θ|cos-1(B2+Bsp2-Bmc22BBsp)---(6)]]>

上述式中：

当传感器试样横截面平面测量点数目n为奇数：

θ=b2-bn|b2-bn|[cos-1(b1B)]---(7)]]>

θ′=[b2′-bn′|b2′-bn′|cos-1(b1′B′)]-π---(8)]]>

B=2nΣj=1nbj2---(9)]]>

B′=2nΣj=1nbj′2---(10)]]>

当传感器试样横截面平面测量点数目n为偶数：

θ=b2-bn|b2-bn|cos-1(b1-b1+n/22B)---(11)]]>

θ′=[b2′-bn′|b2′-bn′|cos-1(b1′-b1+n/2′2B′)]-π---(12)]]>

B=1nΣj=1n/2(bj-bj+n/2)2---(13)]]>

B′=1nΣj=1n/2(bj′-bj+n/2′)2---(14)]]>

而其中：

bj=ϵj-abj′=ϵj′-a′a=1nΣj=1nϵja′=1nΣj=1nϵj′]]>j＝1，2，3，......，n，n≥3(15)

(2)使用厚矩形横截面传感器试样

内切圆模型：

Bmc=Bmc,ic{|cosθmc|+(tw)|sinθmc|}---(16)]]>

Bsp=Bsp,ic{|cosθsp|+(tw)|sinθsp|}---(17)]]>

PBmc=Bmca---(18)]]>

PBsp=Bspa---(19)]]>

θmc=θic+θic′-θic|θic′-θic|cos-1(Bic2+Bmc,ic2-Bsp,ic22BicBmc,ic)---(20)]]>

θsp=θic-θic′-θic|θic′-θic|cos-1(Bic2+Bsp,ic2-Bmc,ic22BicBsp,ic)---(21)]]>

上述式中：

Bmc,ic=12Bic2+Bic′2+2BicBic′cos(θic′-θic)---(22)]]>

Bsp,ic=12Bic2+Bic′2-2BicBic′cos(θic′-θic)---(23)]]>

Bic=12(b1-b3)2+(wt)2(b2-b4)2---(24)]]>

Bic′=12(b1′-b3′)2+(wt)2(b2′-b4′)2---(25)]]>

θic=b2-b4|b2-b4|cos-1(b1-b32Bic)---(26)]]>

θic′=[b2′-b4′|b2′-b4′|cos-1(b1′-b3′2Bic′)]-π---(27)]]>

而其中：

bj=ϵj-abj′=ϵj′-a′a=14Σj=14ϵja′=14Σj=14ϵj′]]>j＝1，2，3，4    (28)

外接圆模型

Bmc=Bmc,cc1+(tw)2{|cosθmc|+(tw)·|sinθmc|}---(29)]]>

Bsp=Bsp,cc1+(tw)2{|cosθmc|+(tw)·|sinθmc|}---(30)]]>

θmc=θcc+θcc′-θcc|θcc′-θcc|cos-1(Bcc2+Bmc,cc2-Bsp,cc22BccBmc,cc)---(31)]]>

θsp=θcc-θcc′-θcc|θcc′-θcc|cos-1(Bcc2+Bsp,cc2-Bmc,cc22BccBsp,cc)---(32)]]>

PBmc=Bmca---(33)]]>

PBsp=Bspa---(34)]]>

上述式中：

Bmc,cc=1+(tw)2·Bmc,ic---(35)]]>

Bsp,cc=1+(tw)2·Bsp,ic---(36)]]>

Bcc=1+(tw)2·Bic---(37)]]>

Bcc′=1+(tw)2·Bic′---(38)]]>

θ_cc＝θ_ic    (39)

θ′_cc＝θ′_ic    (40)

方位角参数θ_mc和θ_sp另一等效模型：

θmc=b2,mc-b4,mc|b2,mc-b4,mc|cos-1(b1,mc-b3,mc2Bmc,ic)---(41)]]>

θsp=b2,sp-b4,sp|b2,sp-b4,sp|cos-1(b1,sp-b3,sp2Bsp,ic)---(42)]]>

上两式中：

Bmc,ic=12(b1,mc-b3,mc)2+(wt)2(b2,mc-b4,mc)2---(43)]]>

Bsp,ic=12(b1,sp-b3,sp)2+(wt)2(b2,sp-b4,sp)2---(44)]]>

(3)使用薄矩形横截面传感器试样

对于用薄矩形横截面传感器试样的校准，需将薄矩形的测量模式变换成等效于厚矩形的测量模式，在做了这之后，就可采用前面(2)所述的厚矩形横截面传感器试样的计算模型；为此将薄矩形横截面四边中点P₁，P₂，P₃，P₄的相应等效弯曲应变b_1e，b_2e，b_3e，b_4e求得，并把这些等效弯曲应变“b_1e，b_2e，b_3e，b_4e”看成为对应于厚矩形横截面四边中点测量得的弯曲应变“b₁，b₂，b₃，b₄”，使用前面(2)的计算公式；薄矩形横截面传感器试样的等效弯曲应变：

对于试样取向0°；

b1e=(b1+b42)(wwg)b2e=12(b1+b2)b3e=(b2+b32)(wwg)b4e=12(b3+b4)---(45)]]>

对于试样取向180°：

b1e′=(b1′+b4′2)(wwg)b2e′=12(b1′+b2′)b3e′=(b2′+b3′2)(wwg)b4e′=12(b3′+b4′)---(46)]]>

上述各式中b₁，b₂，b₃，b₄和b′₁，b′₂，b′₃，b′₄分别为传感器试样取向0°和180°时，应变计G₁，G₂，G₃和G₄测量的弯曲应变。