(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210892013.9 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 中国航空工业 集团公司沈阳空气动 力研究所 地址 110000 辽宁省沈阳市皇姑区阳山路1 号 (72)发明人 都鹏杰　刘新朝　张威　崔晓春　 阎莉　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市伟晨专利代理事务 所(普通合伙) 23209 专利代理师 韩立岩 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G01L 5/00(2006.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种适用 于异形风洞承压壳体的应力监测 方法 (57)摘要 一种适用 于异形风洞承压壳体的应力监测 方法， 属于应力分析和测试技术领域。 为解决异 形风洞运行与使用的安全的问题。 本发明根据 异 形风洞承压壳体结构建立异形风洞承压壳体的 有限元仿真模型， 进行静态结构计算， 得到异形 风洞承压壳体的有限元计算结果， 选取应力监测 点， 并在异形风洞承压壳体对应位置标记应力监 测点； 将异形风洞承压壳体标记的应力监测点焊 接安装应变计， 将应变计连接采集箱， 采集箱连 接应变数据采集仪的控制箱， 在风洞运行过程中 应变数据采集仪采集应变计的应变测量值， 并转 换为应力监测点的应力值； 应变数据采集仪控制 箱通过以太网连接上位机， 上位机对应力值进行 实时监测。 本发明监测准确。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115270562 A 2022.11.01 CN 115270562 A 1.一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1、 根据异形风洞承压壳体结构建立异形风洞承压壳体的有限元仿真模型， 针对不同 工况分别施加对应载荷， 计算不同工况下异形风洞承压壳体的应力 分布， 筛选各工况下异 形风洞承压壳体的最大应力值点、 应力交变点、 应力集中点、 结构突变位置， 分析各位置处 的应力状态， 并在异形风洞承压壳体的对应位置标记出应力监测点； S2、 将步骤S1异形风洞承压壳体标记的应力监测点焊接安装应变计， 将应变计连接采 集箱， 采集箱连接应变数据采集仪控制箱， 在风洞运行过程中应变数据采集仪采集应变计 的应变测量值， 并转换为应力监测点的应力值； S3、 应变数据采集仪控制箱通过以太网连接上位机， 对应力监测点的应力值进行实时 监测。 2.根据权利要求1所述的一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特征在于： 步骤S1的具体实现方法包括如下步骤： S1.1、 异形风洞承压壳体结构简化： 将异形风洞承压壳体结构简化为薄壳结构进行建 模， 同时分析风洞承压壳体中的观察孔， 简化省略不影响计算结果精确 性的螺纹孔和销孔 结构； S1.2、 异形风洞承压壳体几何模型构建及网格划分： 异形风洞承压壳体构建为曲面组 成的壳体结构， 并选用面单元对几何模 型进行网格划分； 拉杆结构构建为线体结构， 并选用 梁单元对几何模型进行网格划分； S1.3、 异形风洞承压壳体边界条件及载荷施加： 在异形风洞承压壳体边界条件施加过 程中， 根据支座的形式选取不同的自由度约束形式， 根据异形风洞承压壳体中各部段的不 同工作压力情况， 分别施加相应的内压载荷； S1.4、 对步骤S1.3完成的风洞承压壳体有限元模型进行静态结构计算， 根据有限元计 算结果， 在应力范围为115MPa～172.5MPa的区域选取应力监测点， 并分析应力监测点的应 力状态。 3.根据权利要求2所述的一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特征在于： 步骤S1.2中面单元采用shell181单元， shell181单元为4节点单元， 每个节点具有6个自由 度： x、 y、 z方向的位移自由度和绕X、 Y、 Z轴的转动自由度； 梁单元采用beam188单元， beam188 单元为二节点的三维线性梁单元， 每个节点上有6个自由度， 分别 是沿x、 y、 z的位移自由度 和绕X、 Y、 Z轴的转动自由度。 4.根据权利要求3所述的一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特征在于： 步骤S1.4中静态结构计算中节点 位移{x}由以下的矩阵方程 解出： [K]{x}＝{F} [K]为一个刚度矩阵， {F}为外力载荷列表， {x}为节点 位移； 其中shel l181单元的形函数{x}shell181为： [s,r]为对称 参数化单元坐标； hi[s,r]为4节点单元形函数， {x}i为节点i的节点坐标数 组；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270562 A 2其中beam18 8单元的形函数{x}beam188为： xa、 xb分别为节点a和节点b的节点 坐标， x为任意 一点的节点 坐标。 5.根据权利要求4所述的一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特征在于： 步骤S2的具体实现方法包括如下步骤： S2.1、 根据应力监测点的应力状态选取0度、 45度和90度的应变花布置方式， 监测应力 监测点的应力状态、 应力方向； S2.2、 安装焊接式应变计， 将异形风洞 承压壳体的焊接区域进行表面清洁处理后， 用点 焊机进行点焊， 控制焊 斑直径0.8m m； S2.3、 完成应变计安装后， 开始接线、 布线， 将应变计采集数据线接入采集箱， 应变数据 采集仪控制箱与采集箱 通过接插件方式连接通讯及供电， 连接完成后， 输入桥路方式、 导线 电阻、 应变计灵敏度系数、 异形风洞承压壳体材料的弹性模量和泊松比， 用于进 行测量结果 的自动修 正； S2.4、 运行风洞， 应变数据采集仪实时采集应变计的应变测量值， 并转换为应力监测点 的应力值。 6.根据权利要求5所述的一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特征在于： 步骤S2.2的具体实现方法包括如下步骤： S2.2.1、 对异形风洞承压壳体所要焊接 的位置用300～450目砂纸打磨， 对应变计金属 基础体背面和上表面 边缘用300～450目砂纸打磨； S2.2.2、 划线定位： 在异形风洞承压壳体需要测量的位置， 沿预安装的方向使用硬质铅 笔或划线器标 出可见的痕迹， 作为定位标记； S2.2.3、 用丙酮或无 水乙醇清洁待焊接区表面； S2.2.4、 试焊： 使用焊接试验片与被测金属构件进行焊接， 准备进行应 变计安装； S2.2.5、 应变计正面朝上， 应变计的定位标对准应变计安装位置的定位线， 用胶带把应 变计固定在被测应力监测位置然后用点焊机点焊1个定位焊点， 初步固定位置， 位置固定好 之后去除胶带； S2.2.6、 正式点焊： 起始点靠近应变计边的中心， 然后按焊点标记进行点焊， 焊点痕间 距均匀， 焊 斑直径0.8m m； S2.2.7、 检查应 变计阻值、 绝 缘电阻、 密封层、 防护层、 引线， 完成应 变计安装。 7.根据权利要求6所述的一种适用于异形风洞承压壳体的应力监测方法， 其特征在于： 步骤S3的具体实现方法包括如下步骤： S3.1、 应变数据采集仪控制箱将应力监测点采集到的主应力转化为应力监测点的冯 · 米塞斯应力， 具体公式如下： σe为冯·米塞斯应力， σ1为应力监测点的第一主应力， σ2为应力监测点的第二主应力， σ3 为应力监测点的第三主应力； S3.2、 应变数据采集仪控制箱将计算得到的冯 ·米塞斯应力与所述应力监测点的许用权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270562 A 3