一种试验加载杠杆系统空间运动模拟方法与流程

本发明属于试验加载杠杆系统设计领域，具体涉及一种试验加载杠杆系统空间运动模拟方法。

背景技术：

民机在进行静力结构试验时常采用包含多级杠杆的加载系统，假如在试验中飞机结构产生大的变形，则杠杆系统也会产生较大的位移，由此可能引发内部的碰撞、干涉，也可能与支持系统等其他试验设施发生碰撞。目前在试验设计时主要是通过设计人员的经验或者在cad软件中进行人工操作来辅助对空间运行安全的预判。大型试验加载系统复杂，人工方法工作量大且存在误判的可能，由此在高载的重要试验工况中曾发生过碰撞的问题，带来了一定的风险。本方法可借助cad软件自动实现试验加载杠杆系统的空间运动模拟，辅助试验设计人员进行碰撞、干涉检查，该方法快捷方便且精度高。

技术实现要素：

本发明提供一种试验加载过程中加载设备坐标矩阵转换计算方法，可实现在试验前根据加载过程中各个加载设备的空间坐标，在cad软件中对加载设备的空间位置进行快速更新。

技术方案：

对于杠杆加载系统中的杠杆零件，存在已知的三个点，左端点、右端点、中间点。连接件零件，存在已知的两个点，上端点和下端点。加载过程中，杠杆系统随结构变形而发生运动，杠杆和连接件中这些点的坐标也发生变化。

一种试验加载杠杆系统空间运动模拟方法，其过程为：在全局坐标系中计算出不同加载步下各杠杆和连接件的坐标位置矩阵，并设置每个加载步各杠杆和连接件零件的坐标位置矩阵来实现杠杆的动态运动。

优选的，杠杆的坐标位置矩阵计算过程如下：坐标原点为杠杆零件的中间点；x方向：杠杆零件左端点和右端点的连线构成的矢量；y方向：由杠杆零件左端点、右端点、该杠杆连接的任一个下一级杠杆中间点，这三点构建一个平面，此平面的法线即为y方向；z方向：根据右手坐标系规则，x方向叉乘y方向，即为z方向。

优选的，连接件零件的坐标位置矩阵计算过程如下：坐标原点为连接件零件的下端点；z方向：连接件零件上端点和下端点连线构成的矢量；y方向：由连接件零件上端点、下端点、该连接件连接的上一级杠杆中间点，这三点构建一个平面，此平面的法线即为y方向；x方向：根据右手坐标系规则，y方向叉乘z方向，即为x方向。

有益效果：

本发明结合加载过程中各个加载设备的空间坐标，计算出设备新的坐标原点和坐标轴系。根据设备新的坐标原点和坐标轴系，可在cad软件中实现加载设备的空间位置快速更新，并对更新后的加载设备进行干涉/碰撞检查，可提前判断加载系统的安全状态，对试验设计具有重要的辅助作用。

附图说明

图1为具体实施例中杠杆及其连接关系示意图。

图2为具体实施方式中连接件及其连接关系示意图。

图3为具体实施方式中加载系统初始状态的示意图。

图4为具体实施方式中加载系统最终状态的示意图。

具体实施方式

通过具体实施例进一步阐述发明的技术方案。

以某一个杠杆系统为例，取杠杆i为研究对象(如图1所示)：左端点为i1，右端点为i2，中间点为i3，左端点连接的下一级杠杆的中间点为j3，右端点连接的下一级杠杆的中间点为k3。

杠杆i的参考坐标轴系计算方法如下：

坐标原点：oi＝i3

x方向：

y方向：

z方向：

在y方向的计算公式中，也可将j3替换为k3，即可选择杠杆左右两端的任意一端点连接的下一级杠杆的中间点进行坐标转换。

取连接件k为研究对象(如图2所示)，连接件k的参考坐标轴系计算方法如下：

坐标原点：ok＝k3

z方向：

y方向：

x方向：

按照以上坐标转换方法，可计算出试验各加载步下设备新的坐标原点和坐标轴系，然后在cad软件中对加载设备的空间位置进行快速更新，实现加载设备的空间运动模拟(图3为某飞机加载系统初始状态的示意图，图4为空间位置更新后最终状态的效果示意图)。试验设计人员可通过目测或借助cad软件的干涉/碰撞检查功能对更新后的加载设备进行干涉/碰撞检查，辅助试验设计。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种试验加载杠杆系统空间运动模拟方法，该方法在全局坐标系中计算出不同加载步下各杠杆和连接件的坐标位置矩阵，并设置每个加载步各杠杆和连接件零件的坐标位置矩阵来实现杠杆的动态运动。本发明结合加载过程中各个加载设备的空间坐标，计算出设备新的坐标原点和坐标轴系。根据设备新的坐标原点和坐标轴系，可在CAD软件中实现加载设备的空间位置快速更新实现加载设备的空间位置快速更新，并对更新后的加载设备进行干涉/碰撞检查，可提前判断加载系统的安全状态，对试验设计具有重要的辅助作用。

技术研发人员：万春华;聂小华;常亮
受保护的技术使用者：中国飞机强度研究所
技术研发日：2019.05.09
技术公布日：2019.08.13