一种闸门原型应力应变测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种闸门原型应力应变测试方法，首先获取水工金属结构钢闸门结构特征部位；根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点；然后在应变测点采用四线接法布设三线电阻应变片；最后采集电阻应变片应力与应变之间的测试数据；本发明专利技术采用没有经过防水处理的水下三线电阻应变片，并采用四线接法，有效降低和消除由于导线电阻、接触电阻等带来的应变测试误差。且通过预先对水工金属结构钢闸门过对弧形闸门进行有限元(CFD)应力分析，预测其变形形式，找出危险断面及危险位置，最后选定测点。利用结构与载荷的对称性，以减少测点数目，减轻工作量。达到了以最少的测点就能足够真实地反映结构受力状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水电站闸门测试领域，尤其涉及一种水工金属结构钢闸门原型应力应变测试方法及系统。
技术介绍
水电站的闸门是保证水电站正常工作的一个重要组成部分，必须对闸门原型进行有效测试，测试工程受水库调度及水库水位变化的影响，一般需要对闸门原型进行应力应变测试，闸门应力应变测试按测量对象的不同可分为实物测量和模型测量，按测量设备可分为静态测量和动态测量。根据相关工程经验，由于应变片的防水处理会产生额外的附加应变，以及由于导线电阻、接触电阻等带来的应变测试误差，所以不能保证测试的有效性和测量精度。因此，有急需一种能有效降低和消除由于导线电阻、接触电阻等带来的应变测试误差的测试方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题是提供一种能准确对水工金属结构钢闸门原型应力应变进行测试方法；该方法能有效降低和消除由于导线电阻、接触电阻等带来的应变测试误差。本专利技术的目的之一是提出一种闸门原型应力应变测试方法；本专利技术的目的之二是提出一种闸门原型应力应变测试系统。(二)技术方案本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的一种闸门原型应力应变测试方法，包括以下步骤：S1：获取水工金属结构钢闸门结构特征部位；S2：根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点；S3：在应变测点采用四线接法布设三线电阻应变片；S4：采集三线电阻应变片应力与应变之间的测试数据。进一步，所述步骤S1获取水工金属结构钢闸门结构特征部位，是通过预先对弧形闸门进行有限元CFD应力分析来获取水工金属结构钢闸门结构的危险断面及危险位置；所述水工金属结构钢闸门结构特征部位具体包括上主梁、下主梁、上支臂、下支臂、面板和吊耳。进一步，所述步骤S2根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点是根据钢闸门结构特征部位的位置及结构形式来选取应力应变测点；所述水工金属结构钢闸门应力应变测点包括主梁应力应变测点布置、上支臂应力应变测点布置、下支臂应力应变测点布置、面板应力应变测点布置以及吊耳应力应变测点布置。进一步，所述步骤S3中的三线电阻应变片的布设按以下方式进行：所述应变片一端通过r1与R4一端连接；所述R4的另一端通过r3与应变片的另一端连接；所述应变片的另一端还通过r2与串联的R2和R3连接；所述r1与R4连接公共点与R2和R3连接公共点作为输出端；所述输出端的输出电信号输送到数据采集模块；所述数据采集模块将采集到的电信号通过ZigBee传输数据；其中，r1表示应变片导线电阻；r2表示应变片导线电阻；r3表示应变片导线电阻；R1表示惠斯通电桥桥臂电阻；R2表示惠斯通电桥桥臂电阻；R3表示惠斯通电桥桥臂电阻；Rg表示应变片电阻。进一步，所述步骤S4采集模块采集三线电阻应变片的应力与应变之间测试数据是通过数据采集模块来采集应变片的电信号，然后基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议的ZigBee模块进行传输；所述测试数据包括结构静应力测试数据和所述运动状态结构应力测试数据；所述结构静应力测试数据，是测试闸门在挡水过程中构件的应力应变增量数据；测定闸门受力构件从不受水荷载到额定水荷载的变化量；所述运动状态结构应力测试数据，是测试闸门在开启和关闭过程中构件的应力应变变化数据；测定运动状态受力构件的应力应变过程线。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的一种闸门原型应力应变测试系统，包括三线电阻应变片、数据采集模块、ZigBee模块和处理器；所述三线电阻应变片设置于水工金属结构钢闸门结构特征部位上；所述数据采集模块与三线电阻应变片连接用于采集应变片输出的电信号；所述ZigBee模块与数据采集模块连接，用于接收采集模块采集到的电信号并将电信号传输到处理器中；所述处理器用于接收ZigBee模块传送来的数据并进行存储和分析。进一步，所述三线电阻应变片按以下方式设置：所述应变片一端通过r1与R4一端连接；所述R4的另一端通过r3与应变片的另一端连接；所述应变片的另一端还通过r2与串联的R2和R3连接；所述r1与R4连接公共点与R2和R3连接公共点作为输出端；所述输出端的输出电信号输送到数据采集模块；所述数据采集模块将采集到的电信号通过ZigBee传输数据；其中，r1表示应变片导线电阻；r2表示应变片导线电阻；r3表示应变片导线电阻；R1表示惠斯通电桥桥臂电阻；R2表示惠斯通电桥桥臂电阻；R3表示惠斯通电桥桥臂电阻；Rg表示应变片电阻。进一步，所述三线电阻应变片设置的测点是根据水工金属结构钢闸门结构特征部位的各结构与载荷的对称性进行布设。进一步，所述水工金属结构钢闸门结构特征部位是通过预先对弧形闸门进行有限元CFD应力分析来获取水工金属结构钢闸门结构的危险断面及危险位置；所述水工金属结构钢闸门结构特征部位具体包括上主梁、下主梁、上支臂、下支臂、面板和吊耳。进一步，所述根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点是根据钢闸门结构特征部位的位置及结构形式来选取应力应变测点；所述水工金属结构钢闸门应力应变测点包括主梁应力应变测点布置、上支臂应力应变测点布置、下支臂应力应变测点布置、面板应力应变测点布置以及吊耳应力应变测点布置。(三)有益效果与现有技术和产品相比，本专利技术有如下优点：本专利技术采用没有经过防水处理的水下三线电阻应变片，并采用四线接法，有效降低和消除由于导线电阻、接触电阻等带来的应变测试误差。本专利技术通过预先对弧形闸门进行有限元(CFD)应力分析，找出结构的危险断面及危险位置，根据CFD应力分析成果和测试要求，结合工程实践经验最后选定测点。利用结构与载荷的对称性，以减少测点数目，减轻工作量。达到了以最少的测点就能足够真实地反映结构受力状态。附图说明图1是本专利技术的闸门原型应力应变测试方法流程图。图2是本专利技术的泄洪洞弧形工作闸门上支臂及上主梁应力测点布置图。图3是本专利技术的泄洪洞弧形工作闸门下支臂及下主梁应力测点布置图。图4是本专利技术的泄洪洞弧形工作闸门门叶应力测点布置图。图5是本专利技术的泄洪洞弧形工作闸门上支臂及上主梁动应力测点布置图。图6是本专利技术的泄洪洞弧形工作闸门下支臂及下主梁动应力测点布置图。图7是本专利技术的泄洪洞弧形工作闸门门叶动应力测点布置图。图8是本专利技术的三线电阻应变片四线接法接线。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闸门原型应力应变测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取水工金属结构钢闸门结构特征部位；S2：根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点；S3：在应变测点采用四线接法布设三线电阻应变片；S4：采集三线电阻应变片应力与应变之间的测试数据。

【技术特征摘要】
1.一种闸门原型应力应变测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取水工金属结构钢闸门结构特征部位；
S2：根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点；
S3：在应变测点采用四线接法布设三线电阻应变片；
S4：采集三线电阻应变片应力与应变之间的测试数据。
2.根据权利要求1所述的闸门原型应力应变测试方法，其特征在于，所述
步骤S1获取水工金属结构钢闸门结构特征部位，是通过预先对弧形闸门进行有
限元CFD应力分析来获取水工金属结构钢闸门结构的危险断面及危险位置；所
述水工金属结构钢闸门结构特征部位具体包括上主梁、下主梁、上支臂、下支
臂、面板和吊耳。
3.根据权利要求1所述的闸门原型应力应变测试方法，其特征在于，所述
步骤S2根据结构特征部位确定水工金属结构钢闸门应力应变测点是根据钢闸
门结构特征部位的位置及结构形式来选取应力应变测点；所述水工金属结构钢
闸门应力应变测点包括主梁应力应变测点布置、上支臂应力应变测点布置、下
支臂应力应变测点布置、面板应力应变测点布置以及吊耳应力应变测点布置。
4.根据权利要求1所述的闸门原型应力应变测试方法，其特征在于，所述
步骤S3中的三线电阻应变片的布设按以下方式进行：所述应变片一端通过r1
与R4一端连接；所述R4的另一端通过r3与应变片的另一端连接；所述应变片
的另一端还通过r2与串联的R2和R3连接；所述r1与R4连接公共点与R2和
R3连接公共点作为输出端；
所述输出端的输出电信号输送到数据采集模块；
所述数据采集模块将采集到的电信号通过ZigBee传输数据；
其中，
r1表示应变片导线电阻；
r2表示应变片导线电阻；
r3表示应变片导线电阻；
R1表示惠斯通电桥桥臂电阻；
R2表示惠斯通电桥桥臂电阻；
R3表示惠斯通电桥桥臂电阻；
Rg表示应变片电阻。
5.根据权利要求1所述的闸门原型应力应变测试方法，其特征在于，所述
步骤S4采集模块采集三线电阻应变片的应力与应变之间测试数据是通过数据
采集模块来采集应变片的电信号，然后基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网
协议的ZigBee模块进行传输；所述测试数据包括结构静应力测试数据和所述运
动状态结构应力测试数据；
所述结构静应力测试数据，是测试闸门在挡水过程中构件的应力应变增量数
据；测定闸门受力构件从不受水荷载到额...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚登位，乔进国，胡木生，耿红磊，刘启文，徐徳新，赵晓嘉，齐巨涛，赵安波，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，
类型：发明
国别省市：云南;53