張寧

摘 ?要：力熱聯(lián)合試驗(yàn)中需加熱與加載同時(shí)進(jìn)行，熱載荷為試驗(yàn)全程的連續(xù)變化，而力載荷則往往從其中某一時(shí)刻開(kāi)始，且力載荷時(shí)間間隔與熱載荷不一致，增加了試驗(yàn)載荷處理的復(fù)雜程度。針對(duì)力熱聯(lián)合試驗(yàn)的載荷譜再處理問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了熱試驗(yàn)時(shí)間載荷譜處理軟件的設(shè)計(jì)，減少了載荷譜處理的時(shí)間，且保證載荷譜處理無(wú)人為錯(cuò)誤，為熱試驗(yàn)載荷處理提供了捷徑，推動(dòng)了多場(chǎng)耦合聯(lián)合試驗(yàn)向低成本、高效、高質(zhì)量的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：多場(chǎng)耦合試驗(yàn);譜處理;高效

中圖分類(lèi)號(hào)：TN274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0070-03

Abstract： In the combined forceand heat test， heating and loading must be carried out simultaneously. The thermal load exhibits a continuous change in the whole process of the test， and the force load often starts at a certain moment， and the time interval between the force load and the heat load is inconsistent， which increases the complexity of the test load processing. Aiming at the problem of reprocessing the load spectrum of the combined force and heat test， the thermal test time-load spectrum processing software is designed and implemented， which reduces the time of the load spectrum processing and ensures that the load spectrum processing is free of human errors， thus providing a thermal test load processing shortcutsand promoting the development of multi-field coupling experiments in the direction of low cost， high efficiency， and high quality.

Keywords： multi-field coupling test; spectrum processing; high efficiency

1 概述

隨著飛行器研制技術(shù)的快速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地面試驗(yàn)也越來(lái)越復(fù)雜，多場(chǎng)耦合試驗(yàn)的要求越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、噪聲強(qiáng)度、振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)相交叉的強(qiáng)度試驗(yàn)研究越來(lái)越深入[1-2]。

力熱聯(lián)合試驗(yàn)要求力載荷與溫度同時(shí)同步加載，熱強(qiáng)度試驗(yàn)載荷是溫度或者熱流隨著時(shí)間的遍歷，而力載荷則是在某個(gè)時(shí)刻的變化，往往兩者時(shí)間軸不一致，試驗(yàn)前需要進(jìn)行力熱載荷的處理。現(xiàn)階段，多采用人工處理的方式，在試驗(yàn)前費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)容易出錯(cuò)，增加了試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作的難度，限制了結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的發(fā)展[3-4]。

本文針對(duì)力熱聯(lián)合試驗(yàn)，試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作中，力載荷時(shí)間序列載荷譜處理問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)力載荷譜處理軟件，達(dá)到快速處理力載荷譜的目的，同時(shí)保證載荷譜處理的快速性、正確率、高效性，為力熱聯(lián)合試驗(yàn)的發(fā)展提供一定的借鑒意義。

2 需求分析

力熱聯(lián)合試驗(yàn)中，力載荷試驗(yàn)與熱載荷試驗(yàn)同步進(jìn)行，力載荷譜與熱載荷譜均由試驗(yàn)委托方提供，試驗(yàn)按照載荷譜要求進(jìn)行加載，力載荷數(shù)據(jù)如表1所示。

其中，F(xiàn)1k、F1k+1為T(mén)k時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻的1號(hào)加載點(diǎn)載荷值，F(xiàn)2k、F2k+1為T(mén)k時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻的2號(hào)加載點(diǎn)載荷值，F(xiàn)3k、F3k+1為T(mén)k時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻的3號(hào)加載點(diǎn)載荷值。

力載荷譜數(shù)據(jù)為非等間隔時(shí)間的數(shù)據(jù)，而熱載荷數(shù)據(jù)為以秒為時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)，兩者在時(shí)間軸上并不統(tǒng)一。現(xiàn)階段，力熱聯(lián)合試驗(yàn)的控制由MTS Flextest200協(xié)調(diào)加載控制設(shè)備完成，其要求載荷譜中的力載荷數(shù)據(jù)與熱載荷數(shù)據(jù)時(shí)間軸一致，這就要求試驗(yàn)前要進(jìn)行載荷處理，處理時(shí)間直接影響試驗(yàn)的進(jìn)展速度，并且要求載荷譜處理不能出錯(cuò)，保證試驗(yàn)正確的實(shí)施。

3 軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)力熱聯(lián)合試驗(yàn)前，力載荷譜處理的問(wèn)題，設(shè)計(jì)如圖1所示的處理軟件界面，實(shí)現(xiàn)載荷譜快速處理。

力載荷處理主要包括3步驟：

（1）選擇excel文件路徑。

（2）界面中顯示原始數(shù)據(jù)，方便檢查。

（3）生成新數(shù)據(jù)。

3.1 讀取數(shù)據(jù)

力載荷譜處理前，需讀取原始的載荷數(shù)據(jù)值，原始載荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在excel中[5]，格式如圖1所示。原始載荷讀取流程如圖2所示，將載荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至二維數(shù)組中。

首先，進(jìn)行原始載荷數(shù)據(jù)excel文件路徑的選擇，由于力載荷譜加載點(diǎn)數(shù)不確定，需進(jìn)行excel數(shù)據(jù)區(qū)域的確定，第一列為時(shí)間序列，隨后每一列代表每一個(gè)加載點(diǎn)的載荷數(shù)據(jù)。

原始載荷數(shù)據(jù)讀取完成后，需將載荷數(shù)據(jù)放入二位數(shù)組中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，二維數(shù)組按照excel中格式存儲(chǔ)原始載荷數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

需要將力載荷數(shù)據(jù)按照時(shí)間間隔為1秒的形式，線性插值，完成對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的載荷數(shù)據(jù)處理，其處理原則遵循式（1）所示。

其中，F(xiàn)為當(dāng)前時(shí)刻載荷值，T為當(dāng)前時(shí)刻，T在Tk時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻之間，F(xiàn)k、Fk+1為T(mén)k時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻的載荷值。Tk時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻為原始載荷數(shù)據(jù)中相鄰兩行的時(shí)間值。

3.3 轉(zhuǎn)換流程

按照公式（1）的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則，將載荷原始數(shù)據(jù)處理[6-7]為時(shí)間間隔1秒的載荷譜，其流程如圖3所示。

按照時(shí)間T沒(méi)加1的遍歷，當(dāng)進(jìn)去原始數(shù)據(jù)的Tk時(shí)刻與Tk+1時(shí)刻之間時(shí)，按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

按照原始載荷中時(shí)間序列的每一個(gè)間隔完成整個(gè)載荷譜的計(jì)算，則完成了力熱聯(lián)合試驗(yàn)力載荷譜處理。

4 結(jié)果驗(yàn)證

試驗(yàn)載荷原始數(shù)據(jù)如表2所示，其中有三個(gè)加載點(diǎn)的載荷數(shù)據(jù)，試驗(yàn)時(shí)間為1200秒，其中原始時(shí)間間隔由試驗(yàn)委托方按照試驗(yàn)件設(shè)計(jì)要求給出。

載荷處理后數(shù)據(jù)如表3所示。為了方便對(duì)比，在將新生成載荷數(shù)據(jù)放入新的excel中后，特加入原始數(shù)據(jù)，放入新生成數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行對(duì)比。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，由于數(shù)據(jù)量大，直接的數(shù)值對(duì)比不能直接反映轉(zhuǎn)換的正確性，故在excel中引入曲線對(duì)比，將原始數(shù)據(jù)與新生成數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對(duì)比，能直觀反映力載荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的正確性（圖4）。

通過(guò)上述對(duì)比分析可知，載荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完全正確，滿足力熱載荷試驗(yàn)力載荷譜處理的要求。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了力熱聯(lián)合試驗(yàn)力載荷譜處理軟件，完成了結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中載荷譜的時(shí)間序列處理，在保證轉(zhuǎn)換正確的同時(shí)，提高了轉(zhuǎn)換效率，操作簡(jiǎn)單，且安全可靠，提高了試驗(yàn)效率，并且擴(kuò)展了試驗(yàn)?zāi)芰?，該載荷譜處理方法已在實(shí)際試驗(yàn)中得到應(yīng)用，為同類(lèi)型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理提供了借鑒意義。

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