دانشگاه صنعتی شاهرود مکانیک سازه ها و شاره ها 2251-9475 4 1 2014 03 21 Design of Six-Component Force/Moment Sensor For Cavitation Tunnel طراحی سنسور شش مؤلفه ای نیرو – گشتاور برای تونل کاویتاسیون 131 137 249 10.22044/jsfm.2014.249 FA نوروز محمد نوری دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم صنعت ایران، تهران کریم مصطفی پور دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران ، تهران مریم کامران کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران رباب بهادری کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران Journal Article 2013 03 13 The measurement of hydrodynamic forces on underwater bodies is one of the principal uses for water tunnels. For this type of work an accurate force balance is necessary. This paper describes the design of a new six-component force-moment strain gauge balance with bending beams for measuring forces and moments simultaneously and directly on cavitating and Non-cavitating models in water tunnel. This balance is a complex structural spring element, which provides high-precision measurements of the hydrodynamic loads exerted on the water tunnel model, by measuring strain within its flexural elements. This measured strain is then converted into an electrical signal. Electrically measured strain as a function of an externally applied load forms. The main idea of the new balance design is to translate all desired forces and moments in such a way that they yield bending strain at selected strain-gauge station. This is done by using bending balance geometry. A strain gauge balance is a complicated structure with a very large number of dimensions. So the balance design cannot be achieved as an analytical solution from the external dimensions and the required component ranges. The dimensions of the "optimum" section and the likely deflection of the balance under load were determined using finite-element analysis. Hydrodynamic loads on typical water tunnel models were calculated, and the results were used to determine the strain level required to obtain the desired sensitivity. The size of the cantilever beams was carefully planned in order to determine the appropriate strain gauges needed for the experiment. اندازه­گیری نیروهای هیدرودینامیکی روی اجسام زیر آب یکی از کاربردهای اساسی تونل آب می­باشد. برای این منظور، یک بالانس دقیق نیرو نیاز است. در این مقاله به طراحی یک بالانس کرنش­سنج شش مؤلفه­ای جدید، جهت اندازه­گیری نیروها و گشتاورهای وارده بر مدل بطور همزمان و مستقیم تحت شرایط با و بدون کاویتاسیون در تونل آب پرداخته شده­است. این بالانس، یک سازه پیچیده فنری است که از طریق اندازه­گیری کرنش ایجادشده بر روی المان­های فنری، نیروهای وارد بر مدل تونل آب را با دقت بالا اندازه­گیری می­کند. کرنش اندازه­گیری­شده به وسیله کرنش­سنج­ها به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شده و این سیگنال تابعی از بارهای خارجی اعمال­شده به مدل می­باشد. ایده اصلی طراحی بالانس جدید، تبدیل بارهای وارده بر مدل به کرنش خمشی در محل نصب کرنش­سنج می­باشد. بالانس چند مؤلفه­ای دارای ساختاری پیچیده با تعداد بی­شماری ابعاد است. بنابراین نمی­توان به تنهایی با استفاده از روش تحلیلی، ابعاد مقاطع را محاسبه کرد. ابعاد بهینه بالانس و میزان تغییر شکل آن تحت بارهای مختلف، با ترکیبی از روش تحلیل دستی و نرم‌افزاری با استفاده از روش اجزا محدود محاسبه شده­ است. در این راستا بارهای هیدرودینامیکی وارده بر مدل­های تونل آب محاسبه شده و نتایج جهت تعیین سطح کرنش مورد نیاز، مورد استفاده قرار گرفتند. اندازه تیرهای خمشی مقاطع اندازه­گیری به منظور ایجاد کرنش مورد نیاز در تست­ها، به دقت محاسبه شده­اند. https://jsfm.shahroodut.ac.ir/article_249_35bd19fbe89ec4479ec8d164b2a0efb9.pdf