(实验应力分析电测)5动态应变测量课件.ppt

1、产生：瞬态载荷1瞬变性动态应变二、非周期性动态应变 特点：波形是单个脉冲或迅速衰减的震荡曲线冲击、爆破ty(t)oty(t)o特点：2准周期性动态应变由若干个简谐周期性动态应变叠加而成 虽是非周期的，但某些性质及处理方法复杂周期性动态应变相同。三、随机性动态应变 特点：ty(t)o 对非确定性动态应变，要选用频率响应范围很宽的测量记录系统，进行大量重复试验，根据统计规律进行研究。 周期性动态应变和瞬态性动态应变都属于确定性动态应变，如果不考虑误差影响，重复测试时，每次结果都是形同的。变化规律不能用明确的数学关系描述 随机性动态应变一般含有十分丰富的频率成分，测量时从应变计开始，整个测量系统的频

2、率响应特性都应符合要求。大量重复实验的数据表现存在一定的统计规律性5-2 应变计的 动态响应和疲劳寿命 构件上应变传播的两种形式一、应变计的动态响应构件表面粘结层和基底应变计敏感栅沿应变计栅长方向传播时间短分析重点设构件表面上应变分布为栅长中点 A 处的应变值为ty(t)oxAmAlxm2sinAmAx2sin（54）（55）A 点读数应变为栅长中点 A 处的应变值相对误差为ty(t)oxAmAlllxxxlAmmlxlxAAAsin2sind2sin122lAAA2sin1栅长中点 A 处的应变值为AmAx2sin由于fvTv应变计的输出与被测应变频率之间的关系，称为应变计的频率响应特性。（

3、55）（56）（57）（58）lAAA2sin1fvTv1l即 时，近似为 当 ，l612sin2ll于是226161vfll 61sin2由于应变波在材料中的传播速度是常数，所以有（59）226161vfll1）若给定允许的相对误差 和被测动态应变的最高频率 fmax,则可得出应变计允许的最大栅长l。 如果被测动态应变的频率远小于此数值，应变计的动态相应误差可忽略不计。Hz7800062maxlvf2）若给定允许的相对误差 和应变计栅长l，可确定应变 计允许的极限频率fmax。例如：应变波在钢材中的传播速度 ，给定允 许的相对误差 ，应变计的栅长 l=5mm， 则应变计允许的极限频率fmax

4、为：%1s/m5000v二、应变计的疲劳寿命一般应变计在常温下651010 动态应变计可达871010 寿命与应变幅值有关（59）5-3 动态 应变测量的标定和实施 应变计一、动态应变测量的仪器系统静动态应变计0200Hz动态应变计0200kHz超动态应变计200kHz磁带记录仪频谱分析仪笔式记录仪存储式示波动态数据采集分析系统虑波器二、动态测量的标定对于工作频率不高的情况1、静态标定原理应变值的电标定模拟应变信号标准电信号传输给记录仪原理应变值的机械标定应变仪测量机械装置应变信号传输给记录仪对于较高频率的动态应变2、动态标定原理应变仪测量标准试件已知动应变传输给记录仪5-4 动态应变测量中的

5、干扰与防干扰措施 一、干扰的分类及特点干扰分类干扰特点电磁干扰工频干扰无线电干扰静电干扰测量导线与干扰源之间的漏电容地电压、地电流干扰接地保护工厂的高电压、雷电测量仪器之间的干扰各仪器的实际载波频率不同二、干扰源的检查仪器内部因素本身漂移多台仪器间干扰未加载接线有信号输出表明通过应变计及导线进入标准无感电阻代替应变计若干扰消除，则为应变计原因加载后卸载有零票直流干扰若干扰仍在，则为外界对导线影响，通过移动导线位置或改变走向查找往往发生在发动机或电动机开动或关闭时 三、抑制干扰的措施电磁、静电干扰导线绞扭减少干扰磁通的耦合面积采用三芯、四芯屏蔽线地电压、地电流干扰信号电路必须一点接地仪器之间的干

6、扰强迫各台仪器载波频率同步调整应变仪的震荡频率，使其接近其他干扰措施使用滤波器增大测量导线与干扰源距离对干扰源采取屏蔽、接地等应变仪使用供电电池时，采用浮空尽可能缩短测量导线长度5-5 动态应变的记录曲线与修正 一、记录曲线幅高为 h 所对应的应变值为HhHh前标定记录H 1B时标零线记录曲线后标定记录H 2H 3H 4h 1h 2b周期224231HHHHHHBfBbT1B 周期记录长度（510）（511）二、曲线修正1、零线修正与静态应变修正相同原因输出漂移引起零线的移动处理依据零线移动与时间成正比 ，这点计算移动量记录时间零线移动2、应变测量值修正5-6 动态应变的数据分析 一、周期性应

7、变信号 根据波形图，除了确定应变的幅值 和基频 f1 外，还需计算频谱，为此，将复杂周期应变)2sin()(0nnntft改写成)2sin2cos()(110tfnbtfnatnn式中： 、an、bn 称为傅里叶系数，按下式计算0ttTTd)(100ttfntTaTnd2cos)(210ttfntTbTnd2sin)(210, 2 , 1n（512）（513）（514）（515）)2sin2cos()(110tfnbtfnatnnttTTd)(100ttfntTaTnd2cos)(210ttfntTbTnd2sin)(21022nnnba 这样，第 n 次谐波的幅值 和相位 可由 an、bn

8、确定如下nn, 2 , 1nnnnbaarctan因此，计算周期信号的频谱即为确定 时间历程的傅里叶系数。 t（516）（517）tNTf11t10titN-1将基波周期 T 分为 N 等分，时间间隔为 ， ， ，ntNTttktk频率为T t 则傅里叶系数计算公式为)(1100kNktNNnktNakNkn2cos)(210NnktNbkNkn2sin)(210ttTTd)(100ttfntTaTnd2cos)(210ttfntTbTnd2sin)(210（518）（519）（520）（521）0设傅里叶级数的项数 n 为 m ，则包括 在内的傅里叶系数共有2m+1个。由 N 个数值来确定

9、2m+1 个系数，则要求 。21Nm tfnbtfbtfnatfat16111611012sin2sin12cos2cos故所得到的最高谐波次数不超过 次 。21N)(t 如取N=12时，最多只能求得信号的6次谐波，这时 的级数展开式为 。二、瞬变性应变信号 瞬变性信号可看成周期 T 趋近于无穷大时的周期信号，傅里叶积分的形式为)22()(11220tfnjnntfnjnnejbaejbat式中： 、f1 为基频， 是三角函数的复数形式，令1jtfje122nnnjbac tfnjnnect12, 2 , 1n代入式（522)并合并右边项，则有（522）（523）（524）tetTCtfnjT

10、Tnd)(11222由式（514)、（515）和（523），可得（525）jnneCC )(tCn 为 复数频谱分量，写成（526）tetTCtfnjTTnd)(11222（525）式中复数模 Cn 及幅角 分别等于信号第 n 次谐波的振幅及相位nT 为了描述 时应变信号频谱分布的密度，将复数频谱分量 Cn 除以频率间隔，得tetfCfCt jnfTTnnd)(12221T当 时，有（527）)(d)(lim12fFtetfCtfnfnT)( fF 称为 信号的频谱密度。)(t tfnjnnect12, 2 , 1n这时式（524)求和运算变为积分运算（524） fefFfefcttfjtfn

11、jnnd)(11221)()()(fjefFfF（528）)( fF 称为 的傅里叶几分变换。)(t)( fF 称为 的傅里叶逆变换。有)(t（529）)( fF 模与 幅角分别称为应变信号的幅值谱密度和相位谱密度。)( f 实测应变信号曲线的计算只能在 0T 有限时间范围内进行。这时的变换是有限傅里叶变换，其定义为tetTfFtfjTd)(,120tNnfn（530）)(kt 进行数值计算时，先将应变信号时间历程 离散化为数据 ，k=0,1,2,.,N-1)(t) 1, 2 , 1 , 0(Nn计算得离散频率为（531）),(TfFn式中， 为信号在频率 处的频谱密度。nftNnetTfFk

12、nkNkn210)(,这样，变换为6-1 基本原理 电阻应变计弹性元件 传感器的构造传感器的原理选择弹性元件及结构形式外力弹性元件合理部位布应变片应变片随弹性元件变形测量应变值并转换成力一、传感器的构造与原理 二、传感器的设计 设计要求灵敏度高非线性误差小重复性好湿度影响小足够的动态频率范围结构简单有效区的线性好1、弹性元件结构的设计原则 刚性好整体性好对作用力位置的变化和干扰力的影响不敏感有效区具有最大应变值工作区的最佳额定应变值工作区的工艺性能好自身具有过载保护或便于设置过载保护装置安装方便，互换性好40CrNi40CriNiMo40CrMnMoA30CrMnSiNi2、弹性元件材料的选择

13、常用材料：另：静态和动态加载处理弹性元件的制造工艺过程退火退火便于切削加工，进刀量应小，减小加工应力热处理提高强度，减小滞后和蠕变，增加稳定性时效处理消除残余应力高强度粗加工热处理精加工 时效处理高弹性极限低弹性模量稳定的物理性质良好的机械加工和热处理性能3、应变计的的选择与粘贴考虑使用期限三、传感器的标定 1加载情况与实测条件一致，注明使用环境 2精度高一级3测试仪器精度高35倍4满量程反复35次；额定量程分510级反复至少3次，再取 平均值，制成图或表。标定 1非线性2滞后3重复性性能指标 四、供桥电压的选择 式中： R 应变计电阻经验公式 1初始不平衡2零漂3灵敏度漂移五、传感器的电路补

14、偿 ggFPRu 20 敏感栅上的功率密度。gP敏感栅的面积gFABCDR1R2uBDR4R3RZVRtRE/2RL/2RS/2RE/2RL/2RS/24非线性5输出灵敏度RZRtRERLRS6-2 测力传感器一、拉压弹性元件 1、柱式弹性元件 不带膜片可采用空心截面以提高 抗弯截面模量R1R2ABCDR1R2t1t2121d1dR1R21R2RABCDR1R21R2Rt31t42124321d12dR3R43R4RR1R21R2RABCDR1R2R4R31R2R3R4Rt2231t2242144321d14d带膜片可承受横向载荷，用以消 除横向力和弯矩的影响。 压力与读数应变间的关系膜片特点：承载大14d14dEAAEAP2、平板开孔式弹性元件 ABCDR1R2R4R33二、弯曲弹性元件 1、悬臂梁式弹性元件 R1lbhPR3R2R4ABCDR1R2R4R3由材料力学lEbhP24d2tM31tM42M44321d26EbhPlEWMEM