專利名稱：單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法和測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法和測量儀，更確切的說是一種基于電阻應變測量技術(shù)的單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法和測量儀，通過對測量儀上多個位置安裝的應變片的應變結(jié)果進行處理得到釘所受剪力和軸力的方向及大小，屬于力和應力的一般計量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在復雜多釘連接結(jié)構(gòu)中，為優(yōu)化連接細節(jié)設計，保證結(jié)構(gòu)的連接強度，需要研究多釘載荷的分配。釘載分配受到幾何尺寸、設計公差等多種因素的影響，除了進行理論計算研究外，還需要進行實際連接結(jié)構(gòu)釘載的試驗測試，因此，需要能夠直接測量連接結(jié)構(gòu)中每個釘所受的載荷及其方向。有些國外文獻中已提到利用剪切載荷傳感器測量單向釘載，但是所提到的釘載測量儀只能測量釘所受的已知單向的剪力。如果此釘連接的兩板所受的拉力方向未知，則該國外文獻提到的釘載測量儀就失去作用。即使已知拉力方向，該類型的釘載測量儀也要求釘上兩應變片貼槽的連線要與拉力方向垂直，否則測量的結(jié)果會有很大的誤差。不僅如此， 該類型的釘載測量儀也無法測量釘所受的預緊力及工作狀態(tài)下釘所受的軸向載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載測量方法和測量儀，不僅能夠測量單剪連接結(jié)構(gòu)中釘(螺栓)所受剪力的大小和方向，還能夠測量釘(螺栓)所受預緊力及工作狀態(tài)下軸向載荷的大小。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載測量儀，由普通螺栓加工而成， 在螺栓與螺栓孔接觸面加工四個應變片貼槽(如圖2中9、10、11、12)，應變片貼槽位置均布在接觸面上，位于相互垂直的兩條直徑的兩端。每一應變片貼槽中沿螺栓軸向貼有一應變片組，應變片組由與螺栓軸向成士45°的兩片應變片組成。在每個應變片貼槽的上端開有用于引出應變片導線的引線孔，由于應變片貼槽中的兩片士45°應變片有一根公共線，所以每個引線孔需引出3根導線，共計12根。將引出的應變片導線接在應變儀上。我們可以將螺栓受到的剪力、彎矩、扭矩沿正交的y、z方向分解(如圖3)，軸力沿螺栓軸向。分別考慮各個方向的載荷對每片應變片的影響，然后將應變片得到的結(jié)果疊加。 就可以得到一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法，原理如下(1)由于每一片應變片被貼槽的上下槽區(qū)均分(如

圖1中的上槽區(qū)7a、下槽區(qū) 7b)，且上下槽區(qū)彎曲的方向總是相反的，所以彎矩在應變片上下部分產(chǎn)生的改變量大小相等，符號相反。對于一片應變片來說，彎矩不會引起應變片的伸長或縮短；(2)由于應變片貼槽內(nèi)兩應變片方向垂直，扭矩在這兩個相互垂直的方向上引起的應變必然是一片應變片伸長，另一應變片則縮短同樣的長度。只需把傾斜方向相反的應變片(如圖5所示)，即a類與b類應變片的讀數(shù)相加，就可消去扭矩引起的應變；
(3)由于每個應變片貼槽內(nèi)應變片與螺栓軸向成士45°，剪力在這兩個應變片上引起的剪應變大小相等，符號相反。而且對于相對的應變片貼槽內(nèi)的應變片則又有如下規(guī)律不同類的(即a類和b類)應變片的剪應變大小方向都相同，同類的(即a類和a類、b 類和b類)應變片的剪應變大小相同，符號相反(如圖5中，9a和Ila的剪應變大小相同， 符號相反；9a和lib的剪應變大小方向都相同)；(4)軸力在每個應變片上都引起相同軸向伸長。只要把所有的應變片讀數(shù)相加，便消除了剪力與扭矩的影響，由相應的力學公式就可以求出軸力。先將同一應變片貼槽內(nèi)的應變片讀數(shù)相減(消去軸力引起的應變)，此時應保證每個應變片貼槽相減的規(guī)律是一樣的，比如在應變片貼槽9內(nèi)是a類應變片讀數(shù)減 b類應變片讀數(shù)，那么在應變片貼槽11內(nèi)也應是a類應變片讀數(shù)減b類應變片讀數(shù)。然后再將相對貼槽相減后的讀數(shù)相加(消去扭矩引起的應變)便可得到該方向的剪力引起的應變，由相應的力學公式就可以求出該方向的剪力。一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法，具體步驟是步驟一將單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量儀替代需測量載荷處的螺栓，通過改變測量儀上下的墊片大小與數(shù)量來保證應變片貼槽被兩連接板平分。將12根導線連接在應變儀上，記錄應變儀上對應的應變值。步驟二 將所有的應變片讀數(shù)相加，便消除了剪力與扭矩的影響，由相應的力學公式就可以求出軸力。
權(quán)利要求
1.一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載測量儀，其特征在于該測量儀由普通螺栓加工而成，在螺栓與螺栓孔接觸面加工四個應變片貼槽，應變片貼槽位置均布在接觸面上，位于相互垂直的兩條直徑的兩端；每一應變片貼槽中沿螺栓軸向貼有一應變片組，應變片組由與螺栓軸向成士45°的兩片應變片組成；在每個應變片貼槽的上端開有用于引出應變片導線的引線孔，由于應變片貼槽中的兩片士45°應變片有一根公共線，所以每個引線孔需引出3根導線，共計12根；將引出的應變片導線接在應變儀上。
2.—種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法，其特征在于該方法的具體步驟是 步驟一將單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量儀替代需測量載荷處的螺栓，通過改變測量儀上下的墊片大小與數(shù)量來保證應變片貼槽被兩連接板平分；將12根導線連接在應變儀上， 記錄應變儀上對應的應變值；步驟二 將所有的應變片讀數(shù)相加，便消除了剪力與扭矩的影響，由相應的力學公式就可以求出軸力ε+。N = E￡nA 其中 εΝN4k表示螺栓的軸向應變、ε為應變，它的上角標表示應變片貼槽，下腳標表示不同類的應變片即a類或b類應變片，N為螺栓的軸向力，A為螺栓貼應變片處的橫截面積，E為材料的彈性模量；k為常系數(shù)，由實驗校正；步驟三先將同一貼槽內(nèi)的應變片讀數(shù)相減，然后再將相對貼槽相減后的讀數(shù)相加便可得到該方向的剪力引起的應變，由相應的力學公式就可以求出該方向的剪力ε —ε, λ-su —εγ = -^-^-Fy = tG γ Λ“ 212γ = -2.- - -b— Fz = tG γ ΖΑζ 2F = ^Fz2 + Fy tan θ =FZ/Fy θ = arctan (Fz/Fy)其中Yy、Y ζ分別為y、ζ方向的切應變，F(xiàn)y, Fz分別為y、ζ方向剪力，F(xiàn)為合剪力的大小，G為切變模量，A為螺栓貼應變片處的橫截面積，t為常系數(shù)，由實驗校正，θ為合剪力與y軸的夾角。
全文摘要
本發(fā)明一種單剪連接結(jié)構(gòu)釘載矢量測量方法和測量儀，該測量儀由普通螺栓加工而成，在螺栓與螺栓孔接觸面加工四個應變片貼槽，應變片貼槽位置均布在接觸面上，位于相互垂直的兩條直徑的兩端。每一應變片貼槽中沿螺栓軸向貼有一應變片組，應變片組由與螺栓軸向成±45°的兩片應變片組成。在每個應變片貼槽的上端開有用于引出應變片導線的引線孔，由于應變片貼槽中的兩片±45°應變片有一根公共線，所以每個引線孔需引出3根導線，共計12根。將引出的應變片導線接在應變儀上。本發(fā)明實現(xiàn)了單剪連接結(jié)構(gòu)釘傳載荷大小和方向以及釘軸向力的直接測量，且直接由標準螺栓加工而成，成本低廉，適用范圍廣泛。
文檔編號G01L5/00GK102519648SQ20111043598
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者周龍偉, 張建宇, 趙麗濱, 黃明星 申請人:北京航空航天大學