六分力应变天平公式系数标定方法及计算六分力的方法技术

本发明专利技术公开一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，包括：步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵。本发明专利技术的所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。本发明专利技术还提供一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的求解方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法及计算方法
本专利技术涉及汽车风洞试验
，更具体的是，本专利技术涉及一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法及计算方法。
技术介绍
随着国内汽车行业的不断发展，汽车空气动力学性能备受重视，而风洞试验作为汽车空气动力学开发过程中的重要一环，其不仅为理论分析和数值计算的基础，并且还可以用来检验理论结果的正确性和可靠性。所以世界各大车企以及高校都纷纷投资建设汽车风洞，用以更好的开展汽车空气动力学性能研究。而国内目前已建成汽车风洞相对较少，吉林大学汽车风洞实验室是国内第一座汽车风洞实验室，同济大学地面交通工具风洞中心是国内唯一一座全尺寸汽车风洞，在建的还有中国汽研汽车整车风洞，所以目前国内针对全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的标定及求解经验不足。《风洞天平》一书中所述，对于一般六分力天平，不考虑一次非对称干扰项与三次立方干扰项的天平校准通式的隐式为与该天平校准通式对应的天平工作公式为式中，F为施加的标准载荷，ΔV为输出信号值增量，为一次系数，为二次干扰系数。书中公式不够直观，应用起来比较复杂。且从公式可知六分力天平公式的系数矩阵最少为6X6阶矩阵，天平公式系数标定需求解36个未知系数且方程组只有六个方程，系数标定十分复杂。若要提高精度考虑二次平方项干扰，系数矩阵即为6X12阶矩阵，含有72个未知数，复杂程度更高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是设计开发了一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。本专利技术的另一个目的是设计开发了一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。本专利技术提供的技术方案为：一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，包括：步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6式中，Δnj,i为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个分力方向上进行单分量加载时施加的载荷；步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵：优选的是，以天平校准加载平面中心为天平校准中心采集所述输出电压信号值增量。优选的是，采用天平校准标准砝码对对天平进行单分量加载。优选的是，在第j个分力方向上对天平进行单分量加载时，采用等阶梯加载与卸载方式并重复三次。优选的是，所述采集输出电压信号包括对所述输出电压信号进行去坏值和均值处理。一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，采用权利要求1-5中任一项所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵A，并得到六分力应变天平的六分力F为：F＝A-1·Δn。一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，采用权利要求1-5中任一项所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵A，并确定误差函数Q为：Q＝Δn-A·F，采用牛顿拉夫逊迭代法得到：F(k+1)＝F(k)-[Q'(F(k))]-1·Q(k)，当QT·Q≤10-8时，得到六分力应变天平的六分力F。本专利技术所述的有益效果：(1)本专利技术所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。(2)本专利技术所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。附图说明图1为本专利技术实施例所述六分力天平测量系统示意图。具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术提供一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，包括：拟定天平校准公式如下：Δn＝AF其中：Δn为输出电压信号增量矩阵，A为系数矩阵，F为六分力矩阵，具体的A＝(aij)6x12F＝[XX2YY2zz2MxMx2MYMY2MzMz2]T可知，天平校准公式为六个方程构成的方程组，式中：ΔnX、ΔnY、ΔnZ、为六个分量的输出电压信号值增量，X、Y、Z、MX、MY、MZ为六个分量上的载荷。天平校准中心取为天平校准加载系统的加载平面中心，使用天平校准标准砝码通过天平校准加载系统分别在六个分力方向上对天平进行单分量加载，每个分力方向从0到70％设计量程选取合适间距进行等阶梯加载与卸载并重复三次，同时采集不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上输出的电压信号，并对电压信号进行去坏值和均值处理，最后得到六个分力方向上对应于每个加载量的输出电压信号值增量矩阵Δn，即：Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6式中，Δnj,i为在第j个方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个方向上进行单分量加载时施加的载荷。先考虑x方向单分量加载，此时认为Y、Z、MX、MY、MZ全部等于零，化简天平校准公式，方程组的第一个方程可以写为：ΔnX＝aX,11X+aX,12X2设该方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的X分量输出电压信号增量数据ΔnX，运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,11,aX,12。方程组的第二个方程可以写为：ΔnY＝aX,21X+aX,22X2在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的Y分量输出电压信号增量数据ΔnY，运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,21,aX,22。方程组的第三个方程可以写为：ΔnZ＝aX,31X+aX,32X2在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的Z分量输出电压信号增量数据ΔnZ，运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,31,aX,32。方程组的第四个方程可以写为：ΔnMX＝aX,41X+aX,42X2在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的MX分量输出电压信号增量数据运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,41,aX,42。方程组的第五个方程可以写为：ΔnMY＝aX,51X+aX,52X2在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的MY分量输出电压信号增量数据运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,51,aX,52。方程组的第六个方程可以写为：在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的MZ分量输出电压信号增量数据运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,61,aX,62。同理，再考虑Y方向单分量加载，此时认为其余方向全部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，包括：步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6式中，Δnj,i为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个分力方向上进行单分量加载时施加的载荷；步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵：

【技术特征摘要】
1.一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，包括：步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6式中，Δnj,i为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个分力方向上进行单分量加载时施加的载荷；步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵：2.如权利要求1所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，以天平校准加载平面中心为天平校准中心采集所述输出电压信号值增量。3.如权利要求1所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡兴军，张扬辉，郭鹏，惠政，张靖龙，辛俐，王泽伟，王靖宇，和生泰，高浩，周申申，曹庆炜，严伟，刘江，马鹏展，沈远航，董春波，乔银波，耿亚林，王漠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22