一种力热联合试验瞬态温度识别及修正方法与流

本发明涉及一种力热联合试验瞬态温度识别及修正方法。背景技术：1、在力热联合试验中，能够精确识别结构件内外表面温度，对保证试验天地一致性，提高结构件承载和防热性能分析的有效性具有重要意义。2、力热联合试验的温度识别通常采用激光测温、预埋热电偶和粘贴热电偶的方式。激光测温为非接触式测量方法，响应迅速、可避免对结构件造成损害，但难以实现多点测量、且容易受结构件烧蚀烟雾影响。预埋热电偶需要在结构件表层进行打孔，会对结构力学性能或热防护性能造成较大影响。故粘贴热电偶的方法仍为最常用的温度识别手段。3、然而，热电偶与结构件表面通常采用耐受一定温度的粘接剂进行粘贴，其中受热的外表面通常还会喷涂一定厚度的高发射率涂料以提高加热效率。粘接剂和涂料均会影响实际的热传递，增大热电偶的实际热响应时间，导致热电偶所测温度与结构表面实际温度存在偏差，从而对试验过程中温度的控制和结构件的性能分析造成不利影响。4、此外，热电偶测点端通常为球状，尽管热电偶的测点端热容小、换热面积小，但结构件的测试区域多为平面或凸面，两者之间接触面积很小，因而热电偶与测量表面的接触热阻较大。5、如公开号为cn105701316b公开的一种试验件在力热联合作用下温度控制点位置选择方法，其是通过方差法获取每个待测有限元模型中、每个节点的温度与其相应所在的待测有限元模型中试验件中具有表面最高温度的节点以及具有表面最低温度的节点的方差；选取各个节点中方差最小值点为最佳温度控制点。技术实现思路1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种力热联合试验瞬态温度识别及修正方法。2、本发明通过以下技术方案得以实现。3、本发明提供的一种力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，包括以下步骤：4、步骤一、根据初始温度曲线使用加热组件对调试件进行加热，确定调试件的热力学参数；5、步骤二、根据调试件的发热参数确定制温度识别校准系统，并在调试件需要分析的部位选择位置粘贴热电偶粘贴以及安装激光测仪温；6、步骤三、基于温度识别校准系统建立有接触热阻影响的有限元传热分析模型；7、步骤四、使用温度识别校准系统采用初始温度曲线再次对结构件进行加热并记录热电偶和激光测温仪温度曲线；8、步骤五、根据热电偶和激光测温仪温度曲线对有限元传热分析模型的热力学参数进行调整，并建立调试件表面节点的温度变化曲线以及修正系数随时间的变化曲线；9、步骤六、根据修正系数随时间的变化曲线对初始温度曲线进行修正，并将修正后的曲线设置为新温度指令曲线；10、步骤七、使用温度识别校准系统采用新的温度指令曲线对结构件进行加热，并记录为新的热电偶与激光测温仪识别的温度-时间曲线；11、步骤八、将新的热电偶与激光测温仪识别的温度曲线使用有限元传热分析模型进行计算，对比计算得到的调试件表面的测试曲线与初始温度曲线；12、步骤九、重复步骤五～步骤八直至调试件表面的测试曲线与初始温度曲线的一致性满足要求。13、所述步骤1中的温度曲线为由离散点(ti,w(ti))组成的离散曲线，其中ti为第i时刻对应的值，w(ti)为ti时刻对应的温度值。14、所述发热参数包括发热单元的尺寸、发热单元数量、加热功率、加热反馈调节系数、调试件表面涂料厚度、粘接剂厚度、加热组件到调试件的距离、温度控制点的位置。15、通过调整调试发热单元尺寸、发热单元数量、加热功率、控制系统调节系数、调试件表面涂料厚度、粘接剂厚度、加热组件到调试件的距离、温度控制点的位置、热电偶的位置来改变热电偶识别的温度-时间曲线，直至识别的温度-时间曲线与设计的温度-时间曲线误差满足要求。16、通过调整等效接触热阻薄层的热导率、密度、比热容直至有限元传热分析模型计算所得的受热面热电偶温度曲线、背温面热电偶温度曲线、背温面激光测温仪所测温度曲线与步骤二中实测值的误差满足要求。17、所述热电偶粘贴在调试件的受热表面、背温表面，所述激光测温仪对受热粘接剂的外表面相邻于连粘接剂的调试件表面以及背温粘接剂的外表面温度进行检测。18、所述温度识别校准系统包括加热组件、发热单元、激光测温仪、高发射率涂料、粘接剂、热电偶、调试件、防热材料、夹具，温度识别校准系统需明确的参数包括调试件的几何参数，发热单元的直径、长度、数量，加热组件功率、控制系统调节系数，高发射率涂料厚度，粘接剂长宽、厚度，加热组件至调试小板受热表面的距离、温度控制点的具体位置。19、所述有限元传热分析模型采用几何薄层来等效热电偶与调试件表面之间的接触热阻，并假定调试件和等效接触热阻薄层的热导率、密度、比热容均满足y(t)＝x0+x1t+x2t2+…+xntn。20、所述修正系数根据最新计算所得的温度曲线和步骤四中实测的温度曲线，求得未贴热电偶的调试件受热面温度曲线与受热面热电偶实测曲线的修正系数α1(t)、贴有热电偶的调试件受热面温度曲线与受热面热电偶实测曲线的修正系数α2(t)、未贴热电偶的调试件背温面温度曲线与背温面热电偶实测曲线的修正系数α3(t)，上述修正系数均满足关系式：21、所述新温度资料曲线与初始温度曲线满足以下关系式：22、23、本发明的有益效果在于：在温度识别校准系统和有限元分析模型中通过迭代获得最终的修正系数和温度控制指令曲线，快速有效地对力热联合试验中结构件内外表面的瞬态温度识别偏差进行了修正，较大程度上提高了试验的天地一致性和结构件承载和热防护性能分析的有效性。技术特征：1.一种力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，包括以下步骤：2.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述步骤1中的温度曲线为由离散点(ti,w(ti))组成的离散曲线，其中ti为第i时刻对应的值，w(ti)为ti时刻对应的温度值。3.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述发热参数包括发热单元的尺寸、发热单元数量、加热功率、加热反馈调节系数、调试件表面涂料厚度、粘接剂厚度、加热组件到调试件的距离、温度控制点的位置。4.如权利要求3所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：通过调整调试发热单元尺寸、发热单元数量、加热功率、控制系统调节系数、调试件表面涂料厚度、粘接剂厚度、加热组件到调试件的距离、温度控制点的位置、热电偶的位置来改变热电偶识别的温度-时间曲线，直至识别的温度-时间曲线与设计的温度-时间曲线误差满足要求。5.如权利要求4所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：通过调整等效接触热阻薄层的热导率、密度、比热容直至有限元传热分析模型计算所得的受热面热电偶温度曲线、背温面热电偶温度曲线、背温面激光测温仪所测温度曲线与步骤二中实测值的误差满足要求。6.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述热电偶粘贴在调试件的受热表面、背温表面，所述激光测温仪对受热粘接剂的外表面相邻于连粘接剂的调试件表面以及背温粘接剂的外表面温度进行检测。7.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述温度识别校准系统包括加热组件、发热单元、激光测温仪、高发射率涂料、粘接剂、热电偶、调试件、防热材料、夹具，温度识别校准系统需明确的参数包括调试件的几何参数，发热单元的直径、长度、数量，加热组件功率、控制系统调节系数，高发射率涂料厚度，粘接剂长宽、厚度，加热组件至调试小板受热表面的距离、温度控制点的具体位置。8.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述有限元传热分析模型采用几何薄层来等效热电偶与调试件表面之间的接触热阻，并假定调试件和等效接触热阻薄层的热导率、密度、比热容均满足y(t)＝x0+x1t+x2t2+…+xntn。9.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述修正系数根据最新计算所得的温度曲线和步骤四中实测的温度曲线，求得未贴热电偶的调试件受热面温度曲线与受热面热电偶实测曲线的修正系数α1(t)、贴有热电偶的调试件受热面温度曲线与受热面热电偶实测曲线的修正系数α2(t)、未贴热电偶的调试件背温面温度曲线与背温面热电偶实测曲线的修正系数α3(t)，上述修正系数均满足关系式：10.如权利要求1所述的力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，其特征在于：所述新温度资料曲线与初始温度曲线满足以下关系式：技术总结本发明提供了一种力热联合试验瞬态温度识别及修正方法，通过预先调试试验建立参数规格明确的温度识别校准系统，降低了粘接剂、涂料几何参数不确定引起的误差，然后，通过温度识别校准系统中的激光测温仪和热电偶协同测量获取试件不同部位的温度曲线，并建立考虑接触热阻的有限元分析模型，最后利用校准系统所获取的温度曲线对有限元模型进行修正，通过迭代获得最终的修正系数和温度控制指令曲线，快速有效地对力热联合试验中结构件内外表面的瞬态温度识别偏差进行了修正，较大程度上提高了试验的天地一致性和结构件承载和热防护性能分析的有效性。技术研发人员：谢宇杰,陈辉,牛俊男,李宁,徐文彬受保护的技术使用者：江南机电设计研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/16