[发明专利]一种基于光纤应变测量的梁结构形态重构方法

权利要求书

1.一种基于光纤应变测量的梁结构形态重构方法，用于圆形截面梁结构在空间弯曲及扭转组合变形下的静态或动态三维形态重构，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取圆形截面梁末端截面扭转角；并沿圆形截面梁轴线方向设置多个测量点以获取沿梁轴线方向的表面应变；

所述多个测量点通过光纤应变传感器a和光纤应变传感器b进行测量；所述光纤应变传感器a和光纤应变传感器b沿梁轴线方向粘贴于梁结构表面，并在梁截面圆周方向上间隔90°排布；

步骤2：计算测量点处对应的梁截面扭转角，结合测量点处所获取的表面应变，进行应变分解，得到梁结构绕垂直于轴向的两个正交方向上弯曲变形产生的表面应变；

步骤3：根据得到的正交应变信息，采用Ko位移理论分别计算梁在两个正交方向上的弯曲变形挠度，完成三维形态重构；所述步骤3中，首先通过线性插值计算各测量点处的截面扭转角：

其中，φ₀、φ_f分别为梁起始端和末端的截面扭转角，φ_i为光纤应变传感器上第i个测量点处的梁截面扭转角，L为梁的总长度，x_i为第i个测量点在梁轴线方向上的坐标；

其次，利用光纤应变传感器上第i个测量点处所获取的表面应变ε_a.i、ε_b.i和截面扭转角φ_i，进行应变分解，获取梁绕垂直于轴线方向的y轴和z轴弯曲产生的表面应变ε_y.i、ε_z.i：

其中，

ε_ay.i、ε_az.i分别为光纤应变传感器a处绕y轴和z轴的弯曲应变，ε_by.i、ε_bz.i分别为光纤应变传感器b处绕y轴和z轴的弯曲应变，ε_t.i为扭转应变，tanγ为梁的表面扭转角正切，r为圆形截面梁的截面半径。

2.如权利要求1所述的基于光纤应变测量的梁结构形态重构方法，其特征在于，所述步骤3中，根据Ko位移理论，梁在两个正交方向的弯曲挠度分别计算如下：

y方向：

z方向：

其中，Δl为测量点间距，tanθ_z.i＝dy/dx为梁在oxy平面内的斜率，tanθ_y.i＝dz/dx为梁在oxz平面内的斜率，y_i、z_i分别为梁在y、z方向上的挠度；

利用各个测量点处的三轴坐标(x_i,y_i,z_i)即可重构出梁结构的三维形态。

3.如权利要求1所述的基于光纤应变测量的梁结构形态重构方法，其特征在于，所述多个测量点通过应变传感器测量；所述应变传感器包括但不限于光纤应变传感器、压电应变片。