张宁

摘  要：力热联合试验中需加热与加载同时进行，热载荷为试验全程的连续变化，而力载荷则往往从其中某一时刻开始，且力载荷时间间隔与热载荷不一致，增加了试验载荷处理的复杂程度。针对力热联合试验的载荷谱再处理问题，设计并实现了热试验时间载荷谱处理软件的设计，减少了载荷谱处理的时间，且保证载荷谱处理无人为错误，为热试验载荷处理提供了捷径，推动了多场耦合联合试验向低成本、高效、高质量的方向发展。

关键词：多场耦合试验;谱处理;高效

中图分类号：TN274 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0070-03

Abstract： In the combined forceand heat test， heating and loading must be carried out simultaneously. The thermal load exhibits a continuous change in the whole process of the test， and the force load often starts at a certain moment， and the time interval between the force load and the heat load is inconsistent， which increases the complexity of the test load processing. Aiming at the problem of reprocessing the load spectrum of the combined force and heat test， the thermal test time-load spectrum processing software is designed and implemented， which reduces the time of the load spectrum processing and ensures that the load spectrum processing is free of human errors， thus providing a thermal test load processing shortcutsand promoting the development of multi-field coupling experiments in the direction of low cost， high efficiency， and high quality.

Keywords： multi-field coupling test; spectrum processing; high efficiency

1 概述

随着飞行器研制技术的快速发展，其结构强度地面试验也越来越复杂，多场耦合试验的要求越来越高，结构强度、热强度、噪声强度、振动强度试验技术相交叉的强度试验研究越来越深入[1-2]。

力热联合试验要求力载荷与温度同时同步加载，热强度试验载荷是温度或者热流随着时间的遍历，而力载荷则是在某个时刻的变化，往往两者时间轴不一致，试验前需要进行力热载荷的处理。现阶段，多采用人工处理的方式，在试验前费时费力，同时容易出错，增加了试验前准备工作的难度，限制了结构试验的发展[3-4]。

本文针对力热联合试验，试验前准备工作中，力载荷时间序列载荷谱处理问题，设计实现力载荷谱处理软件，达到快速处理力载荷谱的目的，同时保证载荷谱处理的快速性、正确率、高效性，为力热联合试验的发展提供一定的借鉴意义。

2 需求分析

力热联合试验中，力载荷试验与热载荷试验同步进行，力载荷谱与热载荷谱均由试验委托方提供，试验按照载荷谱要求进行加载，力载荷数据如表1所示。

其中，F1k、F1k+1为Tk时刻与Tk+1时刻的1号加载点载荷值，F2k、F2k+1为Tk时刻与Tk+1时刻的2号加载点载荷值，F3k、F3k+1为Tk时刻与Tk+1时刻的3号加载点载荷值。

力载荷谱数据为非等间隔时间的数据，而热载荷数据为以秒为时间间隔的数据，两者在时间轴上并不统一。现阶段，力热联合试验的控制由MTS Flextest200协调加载控制设备完成，其要求载荷谱中的力载荷数据与热载荷数据时间轴一致，这就要求试验前要进行载荷处理，处理时间直接影响试验的进展速度，并且要求载荷谱处理不能出错，保证试验正确的实施。

3 软件设计

针对力热联合试验前，力载荷谱处理的问题，设计如图1所示的处理软件界面，实现载荷谱快速处理。

力载荷处理主要包括3步骤：

（1）选择excel文件路径。

（2）界面中显示原始数据，方便检查。

（3）生成新数据。

3.1 读取数据

力载荷谱处理前，需读取原始的载荷数据值，原始载荷数据存储在excel中[5]，格式如图1所示。原始载荷读取流程如图2所示，將载荷数据存储至二维数组中。

首先，进行原始载荷数据excel文件路径的选择，由于力载荷谱加载点数不确定，需进行excel数据区域的确定，第一列为时间序列，随后每一列代表每一个加载点的载荷数据。

原始载荷数据读取完成后，需将载荷数据放入二位数组中，方便后续的数据处理，二维数组按照excel中格式存储原始载荷数据。

3.2 数据转换

需要将力载荷数据按照时间间隔为1秒的形式，线性插值，完成对整个试验过程的载荷数据处理，其处理原则遵循式（1）所示。

其中，F为当前时刻载荷值，T为当前时刻，T在Tk时刻与Tk+1时刻之间，Fk、Fk+1为Tk时刻与Tk+1时刻的载荷值。Tk时刻与Tk+1时刻为原始载荷数据中相邻两行的时间值。

3.3 转换流程

按照公式（1）的转换准则，将载荷原始数据处理[6-7]为时间间隔1秒的载荷谱，其流程如图3所示。

按照时间T没加1的遍历，当进去原始数据的Tk时刻与Tk+1时刻之间时，按照公式（1）进行计算。

按照原始载荷中时间序列的每一个间隔完成整个载荷谱的计算，则完成了力热联合试验力载荷谱处理。

4 结果验证

试验载荷原始数据如表2所示，其中有三个加载点的载荷数据，试验时间为1200秒，其中原始时间间隔由试验委托方按照试验件设计要求给出。

载荷处理后数据如表3所示。为了方便对比，在将新生成载荷数据放入新的excel中后，特加入原始数据，放入新生成数据之后，进行对比。

在进行数据对比时，由于数据量大，直接的数值对比不能直接反映转换的正确性，故在excel中引入曲线对比，将原始数据与新生成数据曲线进行对比，能直观反映力载荷数据转换的正确性（图4）。

通过上述对比分析可知，载荷数据转换完全正确，满足力热载荷试验力载荷谱处理的要求。

5 结论

本文设计了力热联合试验力载荷谱处理软件，完成了结构热试验中载荷谱的时间序列处理，在保证转换正确的同时，提高了转换效率，操作简单，且安全可靠，提高了试验效率，并且扩展了试验能力，该载荷谱处理方法已在实际试验中得到应用，为同类型结构试验数据处理提供了借鉴意义。

参考文献：

[1]郑建军，唐吉运，王彬文.C919飞机全机静力试验技术[J].航空学报，2019，40（01）：210-221.

[2]王育鹏，裴连杰，李秋龙，等.新一代战斗机全机地面强度试验技术[J/OL].航空学报：1-13[2020-06-16].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20191114.1711.009.html.

[3]武小峰，宫永辉，胡由宏，等.陶瓷导弹天线罩静热试验失效分析方法[J].航空兵器，2020，27（02）：77-83.

[4]吴大方，王岳武，高镇同，等.1500℃高温氧化环境下C/SiC复合材料结构的热/力联合试验[J].复合材料学报，2015，32（04）：1083-1091.

[5]杨晓春，丁一.基于VB/Excel的数据报表生成及打印功能实现方法[J].河北能源职业技术学院学报，2015，15（02）：73-74+78.

[6]蘇武.VBA技术在Excel表格数据统计中的应用[J].计算机产品与流通，2020（05）：182.

[7]贺婧.Excel VBA在道路工程测量中的应用[J].科技创新与应用，2020（08）：185-186.