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专利号: 2014101512295
申请人: 沈阳建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:包括下述步骤:步骤1、将6个光纤光栅应变子传感器(1)分别设于空间坐标系的x,y,z三个主轴和位于两条相邻主轴之间角平分线上的xy,yz,zx轴上;

步骤2、把立方体体对角线方向定义为k轴,将温度子传感器(2)设于k轴上;

步骤3、将所述的6个光纤光栅应变子传感器(1)和1个温度子传感器(2)测得的波长,由光纤光栅传感器的解耦方程组计算得到沿6个光纤光栅应变子传感器方向的应变大小;由材料力学平面应变关系公式,可得εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx的大小;然后将上述6个量代入三次空间主应变方程,得主应变ε1,ε2,ε3的大小;由弹性力学物理方程,得三个主应力σ1,σ2,σ3的大小;由弹性力学空间应变关系方程组并结合方向余弦的关系式,得主应变和主应力的方向;由最大剪应力公式,得剪应力的最大值τmax;由主应力和主剪应力的关系,得知最大剪应力的方向。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的6个光纤光栅应变子传感器(1)和1个温度子传感器(2)的单根光纤传输线汇集成一条光纤汇总线,该光纤汇总线与相应设备连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的光纤光栅传感器的解耦方程组:方程组中:Δλε表示应变子传感器所测得的波长改变量;ΔλT表示温度子传感器所测得的波长改变量;αε1表示应变子传感器的应变灵敏度系数;αT1表示应变子传感器的温度灵敏度系数;αT2表示温度子传感器的温度灵敏度系数;ε表示应变子传感器的轴向应变;ΔT表示所测位置温度变化,根据上式可分别得出沿6个应变子传感器方向的应变大小,即εx,εy,εz,εxy,εyz,εzx;其中εx,εy,εz为x,y,z三个坐标主轴上的应变大小,εxy,εyz,εzx为xy,yz,zx轴上的应变大小。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的材料力学平面应变关系公式:由于同一平面上传感器之间夹角为45°,所以将α=45°代入(2)式中可得:整理上式可得:

γxy=εx+εy-2εxy (3)

同理可得:

γyz=εy+εz-2εyz (4)

γzx=εz+εx-2εzx (5)。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的三次空间主应变方程:

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的弹性力学物理方程如下:方程组中:E为被测结构的弹性模量;μ为被测结构的泊松比。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的弹性力学空间应变关系方程组:方程组中:εN为某一主应变的大小;l,m,n分别为主应变εN与x,y,z轴夹角的余弦值。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的方向余弦关系式:

2 2 2

l+m+n =1 (9)。

9.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法,其特征在于:所述的最大剪应力公式:可得剪应力的最大值τmax。