非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 既有的拉索動應(yīng)變測試技術(shù)，主要利用采用電阻應(yīng)變片配合動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀來完 成。但是，由于空間的限制，在拉索上安裝應(yīng)變片存在較大的難度。同時，由于拉索外圍有PE 保護(hù)層覆蓋，需要割開保護(hù)層才能對拉索動應(yīng)變進(jìn)行測量。因此，本發(fā)明基于整體割線坐標(biāo) 系下拉索的非線性動應(yīng)變計算公式，利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索的振動位移進(jìn)行 測量，對拉索的非線性動應(yīng)變進(jìn)行計算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法，該方法可 以在不破壞拉索PE保護(hù)層的情況下，對不易安裝應(yīng)變片的拉索進(jìn)行應(yīng)變測量。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計 算方法，首先，利用有限差分法對基于整體割線坐標(biāo)系下拉索的非線性應(yīng)變計算公式進(jìn)行 推導(dǎo)，得到由位移計算拉索非線性動應(yīng)變的計算公式;其次，利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備 對拉索測點(diǎn)拍攝，并對拍攝相片進(jìn)行分析計算，得到拉索測點(diǎn)的振動位移;最后，將得到的 拉索測點(diǎn)的振動位移代入拉索非線性動應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非線性動應(yīng)變測量結(jié) 果。
[0005] 在本發(fā)明實(shí)施例中，該方法具體實(shí)現(xiàn)如下：
[0006] 坐標(biāo)系(X，z)定義為整體坐標(biāo)系，X坐標(biāo)為橫軸，z坐標(biāo)為縱軸;坐標(biāo)系(X*，z*)定義 為整體割線坐標(biāo)系，X*坐標(biāo)為橫軸，z*坐標(biāo)為縱軸;在整體割線坐標(biāo)系下，對于垂跨比小于 1/10的拉索，可近似認(rèn)為:①忽略索的軸向變形，即u* ? 0;②索長方向ds與dx*接近，即ds ? dx*;此時，拉索的非線性動應(yīng)變計算公式為：
[0007]
⑴：
[0008] 式中，Α ε為拉索的應(yīng)變增量，W*為沿Z*方向的位移；
[0009] 不考慮斜拉索彎曲剛度的影響，整體割線坐標(biāo)系下斜拉索的初期形狀為：
[0010] (2)
[0011]式中：z = cos
汐，.：Lx = A-//d 冷COS沒，：*=:*/乙，Λ々=-Τ*/Χ, 0 = mgL/8Hsec0，η= (mgL/Hsec0)sin9 = 80sin9，L為拉索兩端點(diǎn)之間的長度，ζ是斜拉索因 自重產(chǎn)生的垂度，Θ為傾角，Η是拉索索力值的水平分量；
[0012] 在整體割線坐標(biāo)下，對斜拉索進(jìn)行離散，對于任意非邊界節(jié)點(diǎn)i(l < i <n)，在t時 刻沿一方向的位移為w1>t%由有限差分法有：
[0013]
(3)
[0014] 公式(3)即為利用位移計算拉索非線性動應(yīng)變的計算公式；
[0015] 利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索測點(diǎn)進(jìn)行拍攝，并對拍攝相片進(jìn)行分析和計 算，得到拉索測點(diǎn)的振動位移測量結(jié)果;將振動位移測量結(jié)果代入利用位移計算拉索非線 性動應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非線性動應(yīng)變測量結(jié)果。
[0016] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明方法可以在不破壞拉索PE保 護(hù)層的情況下，對不易安裝應(yīng)變片的拉索進(jìn)行應(yīng)變測量。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明拉索的離散模型。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0019] 本發(fā)明的一種非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法，首先，利用有限差分法 對基于整體割線坐標(biāo)系下拉索的非線性應(yīng)變計算公式進(jìn)行推導(dǎo)，得到由位移計算拉索非線 性動應(yīng)變的計算公式;其次，利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索測點(diǎn)拍攝，并對拍攝相片 進(jìn)行分析計算，得到拉索測點(diǎn)的振動位移;最后，將得到的拉索測點(diǎn)的振動位移代入拉索非 線性動應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非線性動應(yīng)變測量結(jié)果，該方法具體實(shí)現(xiàn)如下：
[0020] 坐標(biāo)系(X，z)定義為整體坐標(biāo)系，X坐標(biāo)為橫軸，z坐標(biāo)為縱軸;坐標(biāo)系(X*，z*)定義 為整體割線坐標(biāo)系，X*坐標(biāo)為橫軸，Z*坐標(biāo)為縱軸;在整體割線坐標(biāo)系下，對于垂跨比小于 1/10的拉索，可近似認(rèn)為:①忽略索的軸向變形，即u* ? 0;②索長方向ds與dx*接近，即ds ? dx*;此時，拉索的非線性動應(yīng)變計算公式為：
[ηη?ι1 ⑴ …V
W.V /
[0022] 式中，△ ε為拉索的應(yīng)變增量，w*為沿z*方向的位移；
[0023] 不考慮斜拉索彎曲剛度的影響，整體割線坐標(biāo)系下斜拉索的初期形狀為：
[0024]
(2)
[0025] 式中：z : / 8/i cos 沒，.z: = t/X，，z*'= ' <S/j'(奶&， 0 = mgL/8Hsec0，η= (mgL/Hsec0)sin9 = 80sin9，L為拉索兩端點(diǎn)之間的長度，z是斜拉索因 自重產(chǎn)生的垂度，Θ為傾角，Η是拉索索力值的水平分量；
[0026] 在整體割線坐標(biāo)下，對斜拉索進(jìn)行離散，離散模型如圖1所示，對于任意非邊界節(jié) 點(diǎn)i(l < i < η)，在t時刻沿一方向的位移為Wi,t%由有限差分法有：
[0027]
[0028] 公式(3)即為利用位移計算拉索非線性動應(yīng)變的計算公式；
[0029] 利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索測點(diǎn)進(jìn)行拍攝，基于LabVIEW程序開發(fā)平臺 提供的程序命令，利用自編程序?qū)ο嗥M(jìn)行分析和計算，得到拉索測點(diǎn)的振動位移測量結(jié) 果;將振動位移測量結(jié)果代入利用位移計算拉索非線性動應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非 線性動應(yīng)變測量結(jié)果。
[0030] 以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作 用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法，其特征在于:首先，利用有限差分法 對基于整體割線坐標(biāo)系下拉索的非線性應(yīng)變計算公式進(jìn)行推導(dǎo)，得到由位移計算拉索非線 性動應(yīng)變的計算公式;其次，利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索測點(diǎn)拍攝，并對拍攝相片 進(jìn)行分析計算，得到拉索測點(diǎn)的振動位移;最后，將得到的拉索測點(diǎn)的振動位移代入拉索非 線性動應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非線性動應(yīng)變測量結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法，其特征在于:該方 法具體實(shí)現(xiàn)如下： 坐標(biāo)系(X，z)定義為整體坐標(biāo)系，X坐標(biāo)為橫軸，z坐標(biāo)為縱軸;坐標(biāo)系(X*，z*)定義為整 體割線坐標(biāo)系，X*坐標(biāo)為橫軸，z*坐標(biāo)為縱軸;在整體割線坐標(biāo)系下，對于垂跨比小于1/10 的拉索，可近似認(rèn)為:①忽略索的軸向變形，即u* ? 0;②索長方向ds與dx*接近，即ds ? dx*; 此時，拉索的非線性動應(yīng)變計算公式為：式中，△ ε為拉索的應(yīng)變增量，w*為沿z*方向的位移； 不考慮斜拉索彎曲剛度的影響，整體割線坐標(biāo)系下斜拉索的初期形狀為：0. mgL/8Hsec0，η= (mgL/Hsec0)sin9 = 80sin9，L為拉索兩端點(diǎn)之間的長度，ζ是斜拉索因 自重產(chǎn)生的垂度，Θ為傾角，Η是拉索索力值的水平分量； 在整體割線坐標(biāo)下，對斜拉索進(jìn)行離散，對于任意非邊界節(jié)點(diǎn)i(l < i <η)，在t時刻沿一 方向的位移為Wi,t%由有限差分法有：公式(3)即為利用位移計算拉索非線性動應(yīng)變的計算公式； 利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索測點(diǎn)進(jìn)行拍攝，并對拍攝相片進(jìn)行分析和計算， 得到拉索測點(diǎn)的振動位移測量結(jié)果;將振動位移測量結(jié)果代入利用位移計算拉索非線性動 應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非線性動應(yīng)變測量結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非接觸測量拉索非線性動應(yīng)變的計算方法。首先，利用有限差分法對基于整體割線坐標(biāo)系下拉索的非線性應(yīng)變計算公式進(jìn)行推導(dǎo)，得到由位移計算拉索非線性動應(yīng)變的計算公式；其次，利用高速相機(jī)或普通攝像設(shè)備對拉索測點(diǎn)拍攝，并對拍攝相片進(jìn)行分析計算，得到拉索測點(diǎn)的振動位移；最后，將得到的拉索測點(diǎn)的振動位移代入拉索非線性動應(yīng)變的計算公式，得到拉索的非線性動應(yīng)變測量結(jié)果。本發(fā)明可以在不破壞拉索PE保護(hù)層的情況下，對不易安裝應(yīng)變片的拉索進(jìn)行應(yīng)變測量。
【IPC分類】G01B11/02, G01B21/32
【公開號】CN105674895
【申請?zhí)枴緾N201610242336
【發(fā)明人】吳慶雄, 黃宛昆, 陳寶春, 韋建剛
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月19日