QJ 3156-2002 导弹地面设备大型结构应力测试方法.pdf

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1、 中华人民共和国航天行业标准FL 1440 QJ 31562002导弹地面设备大型结构应力测试方法 Stress test method for large structure of missile ground equipment 20030201实施 20021120发布 国防科学技术工业委员会 发 布 QJ 31562002 前言 本标准的附录 A 为规范性附录。 本标准由中国航天科工集团公司提出。 本标准由中国航天标准化研究所归口。 本标准起草单位：中国航天科工集团公司二院二六所。 本标准主要起草人：张衍、周建。 I QJ 31562002 导弹地面设备大型结构应力测试方法 1 范围

2、本标准规定了导弹地面设备大型结构应力测试的项目、目的与原理、系统组成和技术要求、仪 器和仪表、操作方法和程序以及数据处理方法。 本标准适用于导弹地面设备大型结构的静态、动态应力与应变测试。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后的 所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议 的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 ZBY 117 电阻应变计 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 大型结构 large structure 尺寸

3、较大，结构较复杂的承载金属结构件。比较典型的结构有：载车车体、起落架、发射箱、 转台等。 4 测试项目 测试项目主要有以下几个方面： a） 行驶或静止状态额定载荷及超载状态应力测试； b） 发射状态额定载荷及超载状态应力测试； c） 其他静态和动态应力测试。 5 测试目的与原理 5.1 概述 通过对应力的测试可以分析和研究零件、机构或结构的受力状况和工作状态，验证设计计算结 果的正确性，确定整机工作过程中的负载谱和某些物理现象的机理。 5.2 测试目的 5.2.1 静态应力、应变测试的目的 静态应力、应变测试的目的如下： a） 获得大型结构的应力、应变分布规律及应力集中状况； b） 检验大型结

4、构的强度储备； c） 验证大型结构设计的合理性。 5.2.2 动态应力、应变测试的目的 动态应力、应变测试的目的如下： a） 确定动态应变随时间变化的规律，并对其进行频谱分析，根据统计特性研究大型结构的强 度、刚度； b） 验证大型结构设计的合理性。 1 QJ 31562002 5.3 测试原理 根据结构在载荷作用下产生的应变，利用应变电阻式力传感器测试应变量，经数据处理后计算 出应力。 6 测试系统的组成和要求 6.1 静态应力、应变测试系统 静态应力、应变测试系统由应变计、电桥盒、静态应变仪、信号采集及处理器等组成，测试系 统框图如图1所示。 力信号 应变计 电桥盒 信号采集 及处理器 静

5、 态 应变仪 静态应力 图1 静态应力、应变测试系统框图 6.2 动态应力、应变测试系统 动态应力、应变测试系统由应变计、电桥盒、动态应变仪、信号采集及处理器等组成，测试系 统框图如图2所示。 力信号 应变计 电桥盒 信号采集 及处理器 动 态 应变仪 动态应力 图2 动态应力、应变测试系统框图 6.3 测试不确定度 静态应力、应变测试不确定度不大于2%；动态应力、应变测试不确定度不大于15%。 6.4 带宽 静态应力、应变测试系统的带宽范围为07Hz（3dB）；动态应力、应变测试系统的带宽范围 为010000Hz。 6.5 可靠性 6.5.1 测试方应对整个测试系统制定可靠性措施。 6.5.

6、2 主要测试参数获得率应不小于 98%，一般测试参数获得率应不小于 95%。 6.5.3 通过测试数据的统计分析进行可信性评估。 7 仪器、仪表 7.1 一般要求 7.1.1 根据被测应变的性质和工作频率，采用相应的测试系统。 7.1.2 使用的仪器、仪表应在计量检定的有效期内。 2 QJ 31562002 7.2 应变计 应变计一般应符合以下要求： a） 采用粘贴式电阻应变计。 b） 应变计应符合测试环境条件要求。 c） 应变计的工作范围必须小于应变极限。随着被测应变量的增加，当灵敏系数变化超过 2% 时，应按应变极限标定曲线进行修正。 d） 应变计电阻相对于标称值的偏差小于 2%，相对于平

7、均值的公差小于 0.2%。 e） 灵敏系数相对于平均值的分散度小于 2%。 f） 机械滞后小于 5 。 g） 绝缘电阻大于 2000M。 h） 疲劳寿命 10 6 次。 i） 横向效应系数小于 1%。 j） 灵敏系数随温度变化小于 2% / 100。 k） 使用 120阻值应变计。 l） 按 ZBY 117 中第 4 章的规定进行电阻应变计的设备检定和电阻应变计的抽样检定。 7.3 应变测试电桥 应变测试电桥中有1/4桥、半桥、全桥三种接法。 7.4 静态应变仪 静态应变仪一般应符合如下要求： a） 测试范围：10000 ； b） 基本误差：0.2%（5 ）； c） 灵敏系数：2.00； d）

8、 应变计电阻值：120（100600）； e） 电阻平衡范围：0.5； f） 电容平衡范围：2000pF； g） 零点漂移：2 （4h）； h） 灵敏度或分辨率：1 。 7.5 动态应变仪 动态应变仪一般应符合如下要求： a） 测试范围：1000 50000 ； b） 频响：2.5kHz 100kHz； c） 校准精度：0.5%； d） 滤波设置：10 30 100 300 1000Hz 线性； e） 输出方式：电压和电流。 7.6 信号采集及处理器 信号采集及处理器一般应符合如下要求： a） 采样频率：0100kHz； b） 采样电压：不低于 50V； c） 多通道同时监视； d） 内存：8

9、MB 以上； e） 采样分辨率：不低于 14bit（包括符号位）。 7.7 数字式频谱分析装置 数字式频谱分析装置的性能一般应满足如下要求： 3 QJ 31562002 a） 抗混滤波器的阻带衰减率不小于 80dB/（oct）； b） 模/数变换器每通道采样速率不低于 25.6kHz； c） 模/数变换器采样分辨率不低于 12bit（包括符号位）。 8 操作方法和程序 8.1 测点的选择 根据受力分析和测试要求，结合实践经验，测点的选择一般应考虑： a） 预先对大型结构进行应力分析，预测其变形形式，找出危险断面及危险位置； b） 根据受力分析和测试要求，结合实践经验选定测点； b） 在截面尺寸

10、急剧变化的部位或因孔、槽导致应力集中的部位，应多布置一些测点，以便了 解这些区域的应力梯度情况； c） 如果最大应力点的位置难以确定，或者为了了解截面应力分布规律和曲线轮廓段应力过渡 的情况，可在截面上或过渡段上比较均匀地布置 57 个测点； d） 利用结构与载荷的对称性，以及结构边界条件来布置测点，减轻工作量； e） 可以在不受力或已知应变、应力的位置上安排一个测点，以便在测试时进行监视和比较。 8.2 安装应变计 8.2.1 在同一次测试中，应使用同一生产批号的应变计。 8.2.2 按测试任务书（测试大纲）的测点要求用细砂纸呈 45交叉打磨粘贴应变计的位置，打磨面 积应是应变计面积的 23

11、 倍。要求表面平滑无光泽，表面粗糙度为 Ra1.6Ra6.3。 8.2.3 用沾有丙酮和无水酒精的脱脂棉球对粘贴应变计位置进行脱脂、除油和清洗，直到清洗用脱 脂棉球不再有黑乌颜色。 8.2.4 应变计安装时所用粘接剂可选用快干胶 501、502 等或环氧树脂胶 914、AST-1 等。 8.2.5 用手指挤压粘贴面并将多余的粘接剂和气泡赶出，确保应变计与被测件的粘贴牢固。 8.2.6 静态应变测试时，温度补偿应变计粘贴在与被测件材料相同的试片上，试片则固定在工作应 变计旁，以感受与工作应变计相同的环境温度，且试片能自由变形不受结构应力的作用。 8.2.7 粘贴应变计后，绝缘电阻值应大于 100

12、M，否则应重新粘贴。 8.2.8 粘贴应变计的粘接剂固化后，应对工作应变计和补偿应变计进行保护处理。 8.2.9 对主应力方向不明确的测点采用应变花型式测试，应变花公式见附录 A 的表 A.1。对已知主 应力方向的测点采用单向应变计测试。 8.2.10 测试复合载荷作用下的应变时，应利用应变计的位置和接桥方法来消除相互的影响。 8.3 安装电缆 8.3.1 测试电缆应敷设整齐并与动力电缆及其它大功率、高频电缆分开走线，最好单独使用一个变 压器。若使用同一变压器，测试电缆应接隔离变压器。 8.3.2 长电缆的接头处应使用防潮的硅橡胶密封。 8.3.3 测试电缆应采用橡胶多芯绞合屏蔽电缆，屏蔽层在

13、测试装置端接地。 8.3.4 测试电缆的转接必须用封闭式焊接接插件，接插件的接触电阻应不大于 0.02，接触电阻的 变化量应小于 0.001。 8.3.5 测试电缆各芯线之间、芯线与屏蔽层之间及传输电缆与接插件外壳之间的绝缘电阻应大于 500M。 8.3.6 测试信号线应设信号地线，并单独接地，电阻一般不大于 4。 8.3.7 测试电缆应选用电阻率和温度系数都比较小的材料，并且能在规定的工作温度范围内，保证 电性能稳定和足够的绝缘电阻，必要时可采用屏蔽线，以减少环境的电磁干扰，测试电缆电阻对检 定结果产生影响时，应进行修正或处理。 4 QJ 31562002 8.3.8 测试电缆一般不超过 1

14、0m，如果测试仪器距被测信号较远，应进行处理。 8.4 供电 8.4.1 电测系统的设备，应由同一台交流稳压电源集中供电。电源的负载配置应不存在其他间歇式 负荷。 8.4.2 交流稳压电源电压精度应不低于 0.5%，其总负载应在电源额定负载的 50%70%范围内。 8.4.3 供电系统必须设置保护接地。 8.5 测试前的准备 8.5.1 调节静、动态应变仪的灵敏度，使信号足够大，又不使信号限幅。 8.5.2 测试系统调零。 8.5.3 现场校准应在测试当天综合测试前进行。 8.5.4 现场校准信号的幅值应尽量接近稳定段预期值。 8.5.5 应力应变测试系统现场校准时，采集应变仪输出的校准零位电

15、压和校准值电压。 8.5.6 现场校准原始记录一般应包括如下内容： a） 测试代号； b） 应变校准值； c） 应变仪灵敏度开关位置； d） 信号采集及处理器的调试记录； e） 校准日期。 8.5.7 检查各仪器电源电压值是否正常。 8.5.8 检查测试仪器的各开关位置及仪器间连线是否正常。 8.5.9 临测试前由信号采集器进行一次预采集，确定应力测试系统的初始状态。 8.5.10 各测点的应变计与测试仪器连接完毕，先进行调试，在预先加、卸载 13 次后，进行预调 平衡或初始读数贮存。 8.5.11 记录测试台号、测试代号、测试日期和各仪器校准情况。 8.6 测试时的操作 8.6.1 由控制系

16、统给出信号启动测试系统，对静态应变信号进行采样。 8.6.2 如果条件许可，正式的加载测试应重复 23 次，保证记录数据的可信性。 8.6.3 检查应变信号波形是否正常，若记录波形异常，应查明原因并采取相应措施。 9 数据处理方法 9.1 修正系数的计算 9.1.1 导线电阻修正系数 导线电阻修正系数按公式（1）计算： R R k 1 1 1 + = （1） 式中： k 1 导线电阻修正系数； R 1 桥盒到应变计的导线电阻值，单位为欧姆（）； R应变计电阻值，单位为欧姆（）。 9.1.2 应变计灵敏系数修正系数 应变计灵敏系数修正系数按公式（2）计算： k k 2 2 = .（2） 5 QJ

17、 31562002 式中： k 2 应变计灵敏系数修正系数； k 应变计灵敏系数平均值。 9.2 静态应力数据处理 9.2.1 测试系统灵敏度计算 测试系统灵敏度按公式（3）计算： 0 t 2 1 t c u u k k k = （3） 式中： k c 测试系统灵敏度，单位为微应变每毫伏（ /mV）； t 应变校准值，单位为微应变（ ）； u t 校准值作用下动应变放大器输出电压值，单位为毫伏（mV）； u 0 临测试前采集的动应变放大器零位输出电压值，单位为毫伏（mV）。 9.2.2 静态应变计算 静态应变按公式（4）计算： ) ( 0 i c i u u k = .（4） 式中： i 静态

18、应变值，单位为微应变（ ）； u i 动应变放大器输出的瞬时电压值，单位为毫伏（mV）。 9.2.3 静态应力计算 静态应力按公式（5）（11）计算，利用广义胡克定律，求出主应力 1 、 2 ： 1 ) ( E 2 1 2 1 + = （5） 2 ) ( E 1 2 2 1 + = （6） r d + = 1 .（7） r d = 2 .（8） 3 c b a d + + = .（9） d r 2 cos a = （10） c b a c 2 ) ( 3 2 tg b = .（11） 公式（5）公式（11）中： 1 、 2 主应力值，单位为兆帕（MPa）； E材料的弹性模量，单位为吉帕（GPa

19、），测试前通过材料手册查得或由测试确定； 泊松比，测试前通过材料手册查得或由测试确定； 1 、 2 主应变值，单位为微应变（ ）； d a 、 b 、 c 的算术平均值，单位为微应变（ ）； 6 QJ 31562002 r应变换算值，单位为微应变（ ）； a 应变计A向的测试值，单位为微应变（ ）； b 应变计B向的测试值，单位为微应变（ ）； c 应变计C向的测试值，单位为微应变（ ）； 顺时针方向旋转角度值，单位为弧度（rad）。 主应变方向为，根据A、B、C向所测应变值作图，最大主应力方向沿 a 顺时针方向旋转求 得主应力，见图3所示。 P 最大主应力方向 0 2 a c b 图3 主应

20、力计算图 计算出各测试点的主应力及主应力方向，其中A、B为主应力值，C为主应力方向角度。 如主应力方向为未知，则需要在三个方向布置应变计，测出三个方向的应变值。按附录A中A.1 的应变花公式，计算出主应变后，再由上式计算主应力，并可确定主方向角（粘贴应变计的轴线方 向与主应力方向间的夹角）。 9.3 动态应力数据处理 9.3.1 动态应力数据处理的方法同静态应力数据处理方法。 9.3.2 对动态应变信号进行数字式频谱分析，一般应提供应变参数的幅值谱。 7 QJ 31562002 附 录 A (规范性附录) 应变花公式 A.1 应变花公式 应变花公式见表A.1。 8 QJ 31562002 11

21、 表 A.1 应变花公式 应变花型式 主应变和主应力公式 1 与 0线夹角 2 90 0 45 2 90 0 90 0 2 , 1 ) 2 ( ) ( 2 1 2 + + + = + + + + = 2 90 0 45 2 90 0 90 0 2 , 1 ) 2 ( ) ( 1 1 1 2 E 90 0 90 0 45 1 2 tg 2 1 2 120 60 2 120 60 0 0 120 60 0 2 , 1 ) ( 3 1 ) 3 ( 3 + + + + + = + + + + + + = 2 120 60 2 120 60 0 0 120 60 0 2 , 1 ) ( 3 1 ) 3

22、( 1 1 ) 1 ( 3 E 120 60 0 120 60 1 2 ) ( 3 tg 2 1 2 135 45 2 90 0 135 90 45 0 2 , 1 ) ( ) ( 2 1 4 + + + + = + + + + + = 2 135 45 2 90 0 135 90 45 0 2 , 1 ) ( ) ( 1 1 ) 1 ( 2 2 E 90 0 135 45 1 tg 2 1 2 120 60 2 90 0 90 0 2 , 1 ) ( 3 4 ) ( 2 1 2 + + = + + + = 2 120 60 2 90 0 90 0 2 , 1 ) ( 3 4 ) ( 1 1 1 2 E ) ( 3 ) ( 2 tg 2 1 90 0 120 60 1 QJ 31562002 120 60 09QJ 31562002 10 中华人民共和国航天行业标准 导弹地面设备大型结构应力 测 试 方 法 QJ 31562002 * 中国航天标准化研究所出版 北京西城区月坛北小街 2 号 邮政编码：100830 北京航标印务中心印刷 中国航天标准化研究所发行 版权专有 不得翻印 * 2003 年 04月出版 定价：11.00 元 QJ 31562002