杆式应变天平优化设计方法研究与应用

摘要

风洞天平是风洞测力实验中最关键的设备，而随着风洞测力实验范围的不断拓宽，测量要求的不断提高，应变式风洞天平以其众多独特的优点成为高/低速风洞中使用最为广泛的测力装置。
　　怎样高效率的设计出高性能的应变天平是应变天平设计工作中最关心的问题，本文针对这一问题，进行了深入的研究后，提出了以最优刚度理论为基础的优化设计新思路，即各个分量的测量单元在满量程载荷作用下，以各自的输出应变值都统一接近于某一个确定的设计参考值为第一级优化目标，在此目标基础上再以寻找天平各个自由度方向上整体综合刚度最佳为次级优化目标，并在满足强度、几何外形等条件下完成天平的参数优化设计。在优化的数学模型的建立后，应用数学软件平台，编写有约束非光滑多目标的优化计算程序，高效的给出设计变量优化后的数值解。然后，应用优化计算得到的设计参数建立应变天平的参数模型，运用有限元方法模拟分析天平的各个工作状态，并求出各个工况下天平各个分量的输出，以此对理论设计进行验证。有限元方法还可以对天平的各分量之间输出干扰情况进行考察，直观的分析出天平强度薄弱截面的位置，综合考察优化设计的效果。最终,完成应变天平施工与标定工作，给出应变天平的标定/使用公式，处理标定的数据评估天平的优化设计方法的可行性，取得了比较满意的结果，研究的结果对以后此类应变天平的设计将会有一定的实际参考价值。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1风洞天平概述

1.2优化方法的发展[3]

1.3杆式应变天平优化设计要求与方法[4]

1.4本文主要研究工作与内容安排

第二章 风洞应变天平与其测试原理

2.1应变天平简介

2.2应变天平元件的工作原理[1]

2.3影响应变天平测量性能的因素

2.4应变天平的材料加工与应变片的敷贴[1]

第三章 杆式应变天平的结构设计与其参数优化

3.1模型的载荷特点与应变天平的整体布局

3.2弹性敏感元件结构形式设计

3.3弹性敏感元件设计实例

3.4基于最优刚度理论的多目标优化

2.5本章小结

第四章 应变天平有限元方法的综合模拟分析

4.1有限元方法的简介[31]

4.2 有限元计算

4.3应变天平静力学线性模拟计算结果

4.4本章小结

第五章 应变天平加工与标定

5.1杆式应变天平的加工

5.2杆式应变天平的贴片[34]

5.3杆式应变天平的静态标定

5.4本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录