本發(fā)明涉及力學試驗及結構檢測，具體涉及一種基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法。

背景技術：

1、在現代工程實踐中，位移檢測在結構健康監(jiān)測、精密儀器制造和機械系統(tǒng)控制等領域具有重要的應用價值。準確的位移檢測方法對于確保結構安全、提高設備性能和延長使用壽命很重要。傳統(tǒng)的位移檢測方法，如電阻應變片、電容式傳感器和激光干涉儀等，雖然在一定程度上滿足了實際需求，但在靈敏度、分辨率、響應速度和環(huán)境適應性等方面仍存在諸多局限。

2、在工程實際過程中，一般采取在懸臂梁結構上鋪設應變傳感器的方式獲得結構在外力作用下的應變響應，這種方式方便快捷且較為經濟，而現有通過結構響應數據進行結構系統(tǒng)參數辨識的方法所用的數據一般是結構的位移或者加速度數據，而直接通過結構應變數據進行結構系統(tǒng)辨識結果往往不理想。

3、結構模態(tài)參數是結構的固有特性，結構發(fā)生如剛度降低等變化的情形會導致結構參數發(fā)生變化，從而通過結構模態(tài)參數的變化可以檢測結構是否發(fā)生損傷。而通過實驗獲得結構模態(tài)參數需要進行結構的系統(tǒng)識別，現有的系統(tǒng)辨識方法通過對結構的響應進行識別獲得結構模態(tài)參數，而辨識所用的數據通常是結構的位移等響應數據，而直接使用速度傳感器測量結構響應較應變傳感器所帶給結構更多的附加質量而對結構響應帶去更大負面影響，針對這一問題，通過應變傳感器獲得的結構應變數據獲得結構位移數據對于結構系統(tǒng)識別具有重要意義。

技術實現思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，解決了現有技術中懸臂梁結構的位移響應檢測效果不佳的技術問題。

2、本發(fā)明提供了一種基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，包括如下步驟：

3、步驟s1、在懸臂梁結構上等間距設定多個應變測點，在所述多個應變測點位置對應鋪設多個應變傳感器；對所述懸臂梁結構的自由端施加外載荷；獲取所述應變傳感器的應變值，作為所述應變測點的應變值；

4、步驟s2、基于所述應變測點的應變值，得到所述應變測點處的中性層的曲率半徑；

5、步驟s3、基于所述多個應變測點中相鄰的兩個應變測點間的距離和所述中性層的曲率半徑，得到應變測點處的中性層的曲率半徑形成的夾角；

6、步驟s4、基于所述中性層的曲率半徑和所述中性層的曲率半徑形成的夾角，由幾何關系得到所述多個應變測點的位移值。

7、優(yōu)選地，步驟s1具體包括：對于長度為l的懸臂梁，在懸臂梁上沿軸向均勻布置n個應變傳感器，對所述懸臂梁結構的自由端施加一隨機的外載荷，通過應變傳感器獲得各應變測點的應變值εi(i＝1,2,3...n)，其中，i為應變測點編號，n為懸臂梁結構上的應變測點總數。

8、優(yōu)選地，步驟s2具體包括：由所述各應變測點的應變值εi進行如下方式計算：

9、

10、其中，ri為應變測點i處的中性層的曲率半徑，εi為應變測點i處的傳感器獲得的應變值，y為應變測點到懸臂梁結構中性層的距離。

11、優(yōu)選地，步驟s3具體包括：進行以下計算：

12、

13、其中，s為相鄰的兩個應變測點間的距離，θi為應變測點i處的中性層的曲率半徑形成的夾角值。優(yōu)選地，

14、優(yōu)選地，步驟s4具體包括：

15、步驟s4-1、計算第一個應變測點的位移值；

16、步驟s4-2、計算下一個應變測點相對于前一個應變測點的位移增量；將前一個應變測點的位移值與所述位移增量相加，作為下一個應變測點的位移值；

17、步驟s4-3、回到步驟s4-2，直到完成所有應變測點的位移值計算。

18、優(yōu)選地，步驟s4-1具體包括：

19、通過如下方式計算第一個應變測點的位移值：

20、y1＝r1(1-cosθ1)

21、其中，y1為第一個應變測點的位移值，r1為第一個應變測點處的中性層的曲率半徑，θ1為第一個應變測點處的中性層的曲率半徑形成的夾角值。

22、優(yōu)選地，步驟s4-2具體包括：

23、通過如下方式計算下一個應變測點的位移值：

24、

25、其中，yi為應變測點i的位移值，yi-1為應變測點i-1的位移值，θi，θj為應變測點i，j處的中性層的曲率半徑形成的夾角值。

26、與現有技術相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

27、(1)本發(fā)明使用應變傳感器代替位移或加速度傳感器，避免了位移或加速度傳感器可能帶來的較大附加質量對結構響應的影響，保證了數據的準確性和可靠性，有助于更真實地反映結構的實際狀態(tài)。

28、(2)本發(fā)明通過幾何變換將結構應變數據轉換為位移數據，過程簡潔明了，相比于直接使用位移或加速度傳感器，本發(fā)明提供的方法更加簡便且易于操作。

29、(3)本發(fā)明使用的應變傳感器相對更加簡單和經濟，能夠以較低成本獲得結構的位移數據。這不僅節(jié)省了工程成本，還提高了數據采集的效率和準確性，適合廣泛的工程應用。

技術特征：

1.一種基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，步驟s1具體包括：

3.根據權利要求2所述的基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，步驟s2具體包括：

4.根據權利要求3所述的基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，步驟s3具體包括：

5.根據權利要求4所述的基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，步驟s4具體包括：

6.根據權利要求5所述的基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，步驟s4-1包括：

7.根據權利要求6所述的基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，其特征在于，步驟s4-2包括：

技術總結
本發(fā)明涉及力學試驗及結構測量技術領域，具體涉及一種基于懸臂梁結構的位移響應檢測方法，包括如下步驟：在懸臂梁結構上等間距設定多個應變傳感器；對懸臂梁結構的自由端施加外載荷；獲取應變傳感器的應變值；基于應變測點的應變值，得到應變測點處的中性層的曲率半徑；基于多個應變測點中相鄰的兩個應變測點間的距離和應變測點處的中性層的曲率半徑，得到應變測點處的中性層的曲率半徑形成的夾角；基于相鄰應變測點的中性層的曲率半徑形成的夾角，由幾何關系得到多個應變測點的位移值；本發(fā)明基于結構應變監(jiān)測結構位移，并保證了結果精度，是結構位移監(jiān)測的有效途徑。

技術研發(fā)人員：趙仕偉,李道春,吳春平,郭文浩,趙琳,龐煒涵
受保護的技術使用者：北京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30