杆式天平轴向力元件测量梁夹角优化分析

针对天平轴向力受法向力干扰较大的问题,提出了一种竖直梁轴向力元件的改进结构。通过理论分析和有限元仿真,获得了轴向力/法向力作用下的轴向力元件变形情况;对结构进行受力分析,得到法向力作用下的轴向力测量梁的变形特点及变形原因。提出了一种改进的轴向力元件测量梁结构,测量梁与主梁的连接夹角为不等于90°的优化夹角,该夹角通过仿真结果中的法向力对轴向力的干扰输出与轴向力有效输出之比和该夹角的线性函数关系获得。对改进的天平轴向力元件的有限元仿真结果表明:与传统轴向力元件相比,改进结构的轴向力有效输出仅减小2.77%,但法向力对轴向力的干扰输出减小了99.32%。改进的轴向力元件具有良好的抗法向力干扰的效果,适用于具有大升阻比特性的飞行器风洞模型气动力试验要求。

基于有限元分析的变截面轴向力支撑片内式应变天平研制

内式应变天平的轴向力元件结构在受到大载荷尤其是大力矩载荷后,其支撑片上的最大应力是限制天平最大承载能力的主要因素。研制了一台大力矩内式应变天平,并采用有限元分析方法对轴向力元件的支撑片和测量梁进行了优化和改进。将支撑片的外形由传统的等截面改进为变截面,减小支撑片中间部位的厚度,并增加两端的厚度,在保持天平轴向刚度一致的基础上,降低了支撑片上的最大应力;采用变截面结构的轴向力测量梁,减小了测量梁上的应变梯度。有限元分析结果表明:与传统的等截面支撑片相比,变截面支撑片上的应力分布比较均匀,其根部最大应力减小了20%以上;与等截面测量梁相比,变截面测量梁上的应变梯度降低了79%。天平校准结果与有限元分析结果一致,风洞测力试验也表明该天平具有良好的稳定性。

四分量片式铰链力矩天平技术及风洞实验应用研究

针对目前风洞铰链力矩实验中的一种三分量片式结构铰链力矩天平没有轴向力测量元件的不足,提出一种切实可行的四分量片式结构铰链力矩天平设计方案,进行了物理样机的研制,应用于某模型升降舵风洞铰链力矩实验中。实验结果与理论分析获得了良好的一致性,在舵面偏角为21°时,由忽略轴向力测量带来的舵面法向力系数相对误差百分比为14.7%,舵面弦向压心位置相对误差百分比为17.2%。

基于结构布局分析的应变天平优化设计技术

应变天平作为风洞测力试验中关键测量装置,针对其在大升阻比需求下法向力对轴向力输出干扰较大的问题,将天平结构布局参数带入到天平优化中对天平轴向力元件进行优化。通过有限元方法分析了天平法向力对轴向力的干扰产生原因,以法向力作用下天平的切线方向与X方向的夹角为中间量,分析了天平结构布局参数对轴向力受法向力干扰的影响。基于ISIGHT建立了天平优化流程,并将天平结构布局参数带入到天平优化中与轴向力测量梁和支撑梁参数同时优化。优化后结果表明与优化前的天平仿真结果对比,优化后天平法向力对轴向力的干扰减少了14.16%,轴向力输出应变更接近于目标应变值350。面对大升阻比天平,将天平结构布局参数加入到天平优化中能增强天平轴向力元件抗法向力干扰效果,可满足气动力精细化测量的要求。

The Topic of Contact Zone Problems in the Shaft and Hole Joint, Taking into Account Component Form Errors

In assemblies constructed from components manufactured with radial deviations, cross-section deviations and deviations being combination of both, there occur variable values of local stresses and displacements. Both the types of shape deviations and their values need to be taken into account in the designing process and play an important role during machine operation. They have a crucial effect on the value and scatter of maximum reduced von Mises stresses and contact stresses. Axisymmetric joints were examined, in which shafts in selected shape variants and in variable angular positions were associated with a non-deformable hole. The aspects of contact zone problems are presented using the example of numerical simulation of contact between an elliptical saddle-shaped shaft placed in a rigid, non-deformable hole in different angular positions. Occurrence of both variable relative stresses and contact stresses as well as shaft＇s axial shift and rotary movement resistance were demonstrated.

基于光纤应变计的六分量光纤天平

风洞天平的性能在很大程度上决定着空气动力试验的准确性和可靠性。目前通常采用电阻式应变天平进行测量试验,但电阻式应变计的先天劣势使得电阻式应变天平无法满足复杂工作环境的测量要求,所以在传统的六分量杆式应变天平的基础之上,希望有性能更加优越的天平能够取代之,使其不仅具有较高的精度、准度、灵敏度,还具备面对复杂环境的稳定性。近年来,国内外已出现光纤应变计应用在风洞天平方面的研究。光纤传感器具有非常广阔的应用前景。