测力环应变片粘贴区域等效应变计算通用方法及系统

本发明属于航空发动机测试，具体涉及一种测力环应变片粘贴区域等效应变计算通用方法及系统。

背景技术：

1、在航空发动机转子轴向力测试中，测力环作为高精度力学测量核心元件，其表面应变分布是评估轴承工况的关键依据。为获得完整且准确的力载对应的应变特征，通常通过solidworks建立测力环模型，联合ansys workbench进行弹性应变仿真，输出测力环表面应变数据，仿真数据可作为应变片实测结果的理论参考值，为测试有效性验证提供依据。在实际应用中，通过在测力环表面粘贴应变片获取应变信号，并结合仿真所获取的理论参考数据，实现测量结果的验证与校准。

2、由于应变片只能测量所粘贴区域的应变值，将测力环整个表面的应变仿真数据均作为理论参考值显然会引入大量误差，因此，能否通过应变仿真数据的后续处理精准定位应变片粘贴区域的等效应变将直接关系到仿真数据作为力载理论参考值的可靠程度。

3、现有技术存在三大核心缺陷：一是ansys workbench导出的仿真数据为测力环全域等效应变数据，未针对应变片粘贴区域进行精准筛选，导致理论数据与应变片实际敏感区域不匹配，偏差较大；二是传统数据处理多采用简单平均或区域截取方式，未考虑应变片栅丝走向、粘贴工艺偏差等因素对不同区域应变贡献度的影响，计算精度不足；三是缺乏标准化、通用化的坐标定位与数据提取方案，针对不同尺寸、不同应变片布局的测力环需重新设计处理流程，适配性差、效率低下。部分相关技术虽涉及应变加权计算或区域定位，但未形成适配测力环结构特点的完整技术体系，难以兼顾通用性与计算精度。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种测力环应变片粘贴区域等效应变计算通用方法及系统，提高等效应变的计算精度和效率。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种测力环应变片粘贴区域等效应变计算通用方法，每个待测测力环上设有若干个应变片粘贴区域；包括以下步骤：

3、s1、构建与待测测力环尺寸、结构完全一致的三维模型，设置与实际工作场景一致的边界条件和载荷参数，进行静力学等效应变仿真，得到测力环表面全域坐标与对应等效应变值；每个坐标和对应的等效应变值构成一个数据点；

4、s2、基于测力环表面全域坐标与对应等效应变值，通过参数定义、应变片粘贴区域坐标推导、结果验证的方法，进行应变片粘贴区域坐标建模，得到应变片粘贴区域坐标集；

5、s3、基于向量投影法，对应变片粘贴区域坐标集进行数据筛选，形成各应变片粘贴区域的独立数据集；

6、s4、对每个应变片粘贴区域的独立数据集，计算等效应变算术平均值，依据栅丝走向和数据点置信度分配权重，从而得到优化后的等效应变值；栅丝为应变片内部的核心部件。

7、按上述方法，s2具体包括：

8、s201、定义测力环的基准参数、应变片的布局参数和应变片的几何参数；

9、s202、以测力环圆心为原点，设定基准方向，利用应变片的极角和极径，通过极坐标与直角坐标的转换公式得到应变片粘贴中心坐标；

10、以应变片粘贴中心为原点，建立局部坐标系，根据应变片的几何参数得到应变片顶点的局部坐标，再转换为应变片顶点的全局坐标；

11、每个应变片的应变片粘贴中心坐标和应变片顶点的全局坐标，构成该应变片的粘贴区域坐标；

12、s203、循环调用s201和s202，生成n个应变片粘贴区域坐标，n为应变片的总数量；验证规则包括：应变片顶点到圆心距离在测力环的内圆半径和外圆半径范围内，应变片实际的长宽与定义的应变片粘贴区域的长宽的偏差在预设范围内；验证通过后输出应变片粘贴区域坐标集。

13、按上述方法，测力环基准参数包括测力环的几何中心坐标、内圆半径和外圆半径；

14、应变片的布局参数包括应变片的总数量、圆周分布间隔角、径向粘贴半径和基准角；

15、应变片的几何参数包括应变片粘贴区域的长、宽、栅丝与测力环的切线夹角。

16、按上述方法，s201还定义工艺补偿参数，在应变片顶点的局部坐标转换为应变片顶点的全局坐标时，加入工艺补偿参数。

17、按上述方法，在s2和s3之间增加以下对数据的预处理步骤，剔除重复坐标点和无效数据行。

18、按上述方法，s3具体包括：

19、s301、以应变片顶点坐标为分割模板，通过向量投影法实现数据点归属判断；

20、s302、采用唯一归属规则，遍历所有分割模板，每个数据点仅归属符合s301判定的区域，通过标记矩阵避免重复计算；

21、s303、重复s301和s302，完成n个应变片粘贴区域的有效数据点提取，形成各应变片粘贴区域的独立数据集。

22、按上述方法，s301具体包括：

23、对每个分割模板，通过顶点排序算法确定标准顶点顺序，确保边界几何形态正确；顶点排序算法具体为：计算顶点间距离矩阵，按最近邻原则排序；

24、每个应变片为矩形，以任一顶点为第一顶点，以顺时针或逆时针顺序设其它顶点为第二至第四顶点，令第一顶点到第二顶点为第一邻边向量，令第一顶点到第四顶点为第二邻边向量，计算第一邻边向量和第二邻边向量的模长平方，验证矩形有效性；

25、对每个有效数据点，计算其相对第一顶点的位置向量，通过点积运算得到该位置向量在第一邻边向量和第二邻边向量上的投影；

26、当该位置向量在第一邻边向量和第二邻边向量上的投影分别小于第一邻边向量和第二邻边向量的模长平方，且满足该矩形内部点向量判定条件，则判定该有效数据点为该应变片粘贴区域有效数据点。

27、按上述方法，s4具体包括：

28、s401、对每个应变片粘贴区域的独立数据集，计算等效应变算术平均值，作为基础参考值；

29、s402、设置栅丝走向权重和数据点置信度权重，将栅丝走向权重和数据点置信度权重相乘，得到每个数据点的最终组合权重；其中，栅丝走向权重按栅丝走向划分子区域，平行方向子区域赋相对高权重，垂直方向子区域赋相对低权重，相对高权重和相对低权重的总和为1；数据点置信度权重通过引入定位位置残差倒数函数得到，根据数据点与应变片粘贴区域中心的距离计算置信度因子，距离越近置信度越高，数据点置信度权重系数越大；

30、s403、结合每个数据点的组合权重和基础参考值，计算优化后的等效应变值和等效应变值与基础参考值的偏差；

31、s404、将所述偏差与预设偏差阈值进行比较，当偏差超过预设偏差阈值时，对栅丝走向权重和数据点置信度权重进行调整，并重新计算优化后的等效应变值，直至偏差满足预设要求；

32、s405、采用最终优化后的等效应变值进行材料安全校核，设定等效应变容许阈值，并将最终优化后的等效应变值与所述等效应变容许阈值进行比较；当最终优化后的等效应变值超过等效应变容许阈值时，输出超限信息及安全校核结果；当最终优化后的等效应变值不超过等效应变容许阈值时，输出最终优化后的等效应变值。

33、按上述方法，还包括：

34、s5、绘制全域数据点、应变片粘贴区域边界及区域内的有效数据点，生成可视化图表，同时设有导出通道，用于导出包括含各区域数据集、基础和优化等效应变值汇总的数据文件与文本分析报告。

35、按照本发明的另一方面，提供了一种测力环应变片粘贴区域等效应变计算通用系统，每个待测测力环上设有若干个应变片粘贴区域；包括：

36、模型构建与仿真模块，用于构建与待测测力环尺寸、结构完全一致的三维模型，设置与实际工作场景一致的边界条件和载荷参数，进行静力学等效应变仿真，得到测力环表面全域坐标与对应等效应变值；每个坐标和对应的等效应变值构成一个数据点；

37、应变片粘贴区域坐标建模模块，用于基于测力环表面全域坐标与对应等效应变值，通过参数定义、应变片粘贴区域坐标推导、结果验证的方法，进行应变片粘贴区域坐标建模，得到应变片粘贴区域坐标集；

38、数据筛选模块，用于基于向量投影法，对应变片粘贴区域坐标集进行数据筛选，形成各应变片粘贴区域的独立数据集；

39、等效应变计算模块，用于对每个应变片粘贴区域的独立数据集，计算等效应变算术平均值，依据栅丝走向和数据点置信度分配权重，从而得到优化后的等效应变值；栅丝为应变片内部的核心部件。

40、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

41、1、通过参数定义、应变片粘贴区域坐标推导、结果验证的方法，进行应变片粘贴区域坐标建模，脱离具体尺寸数据依赖，可直接适配不同规格测力环、不同布局应变片，无需重构流程，复用性显著提升；在计算等效应变值时，依据栅丝走向和数据点置信度分配权重进行优化，从而提高了计算精度，更贴合应变片实际响应规律；从整体方案来看，构建了建模、筛选、计算和验证的完整方法，实现了标准化全流程设计，提高了处理效率。

42、2、通过设置工艺补偿参数，引入坐标微调量补偿粘贴偏差，结合安全系数设定容许阈值，进一步保障计算结果的可靠性与工程实用性。