双连孔力传感器柔度建模与应变解析

作     者：李立建 唐守乾 姚建涛 王迎佳 

作者机构：华北水利水电大学机械学院 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52005181 U2037202) 河南省高等学校重点科研项目计划(24A460016) 河南省科技攻关项目(222102220039) 华北水利水电大学硕士创新能力提升工程(NCWUYC-2023064) 

主　　题：力传感器 双连孔结构 柔度建模 应变解析 标定实验 

摘      要：双连孔力传感器在航空航天和工业计量等领域中应用广泛，但因其结构中存在变截面设计，导致其载荷位移特性和应变载荷关系较难解析描述，进而影响含双连孔结构的多维力传感器设计与性能优化。基于此，基于弹性梁理论，推导得到变截面力敏单元的柔度矩阵和应变载荷关系，进而通过柔度矩阵建模方法构建出双连孔力传感器的整体柔度模型，并以此为桥梁，获得双连孔结构上力敏单元应变片感知应变与传感器测力端作用载荷间的解析映射关系。通过有限元和实验分别对所构建的模型和应变解析关系进行验证，结果表明，期望维解析柔度相对有限元结果误差控制在3%以内，桥路输出电压理论相对于实验结果误差控制在5%以内，说明推导得到的解析公式可用于正确评价双连孔力传感器载荷位移特性和桥路输出应变与测力载荷间的映射，进而为含双连孔结构的多维力传感器优化设计提供可靠的理论技术支持。