Libo-第三章传感器的弹性敏感元件力学特课件.ppt

1、传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性12023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU第三章第三章 传感器的弹性传感器的弹性敏感元件力学特性敏感元件力学特性赵立波赵立波20092009年年9 9月月 传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性22023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU3.1 概概 述述3.2 弹性敏感元件的特性弹性敏感元件的特性3.3 弹性敏感元件的材料弹性敏感元件的材料3.4 弹性敏感元件的设计弹性敏感元件的设计/计算计算传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性32023-1-1IPENG

2、XJTUIPENG XJTU弹性元件弹性元件?q 一般特性一般特性q 位移、应变、应力特性位移、应变、应力特性q 固有振动特性固有振动特性q 其他特性其他特性弹性元件的特性弹性元件的特性真空膜盒真空膜盒弹簧弹簧电位器电位器电刷电刷壳体壳体引线引线传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性42023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性52023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性62023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU

3、传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性72023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性82023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性92023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性102023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU3.1 概概 述述3.2 弹性敏感元件的特性弹性敏感元件的特性3.3 弹性敏感元件的材料弹性敏感元件的材料3.4 弹性敏感元件

4、的设计弹性敏感元件的设计/计算计算传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性112023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU3.2.7 位移描述位移描述3.2.8 应变描述应变描述3.2.9 应力描述应力描述3.2.10 广义虎克定律广义虎克定律传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性122023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU弹 性 体Fx柔度柔度(灵敏度灵敏度)xFKddFxSdd刚度刚度FFxOxxF传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性132023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUke

5、qmeqeqeqmkeqeq21mkf MmMkMfeqeq21k (M)eqm (M)eq传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性142023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUFxFixi加载卸载maxnmax100%xx传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性152023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUOxFxF0FFxx0ttFFxxx/传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性162023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU0tttFFxx/xt tx/金属弹性敏感元件长期在不变的温度和

6、不变的应力金属弹性敏感元件长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变蠕变。安全系数安全系数传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性172023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUOxFtHADEBKC传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性182023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUnQ21 222211nnnA12nQcSEEQ2传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性192023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUtLttLL

7、te00e011 xTxTtEttEEEtE00011tffttffft0000f11 1、热胀冷缩、热胀冷缩 2 2、热应变、热应变 3 3、弹性模量温度系数、弹性模量温度系数 4 4、频率温度系数、频率温度系数 传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性202023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU弹性敏感元件的位移弹性敏感元件的位移(直角坐标系直角坐标系)yy+vyxVrxx+uzzz+w0kjizyxrkjiwvuV传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性212023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUxy弹性敏感元件的位

8、移弹性敏感元件的位移(平面极坐标系平面极坐标系)eerrrreervwV传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性222023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTULLLLL传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性232023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU2传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性242023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUzuxwywzvxvyuzwyvxuzxyzxyzyx传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性252023-1-1IPENG XJTUI

9、PENG XJTUxy(平面极坐标系平面极坐标系)rvrwrvrvrwrwrr传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性262023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUAQSAlim0传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性272023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUCABPa0 xyzxyxzyzyxxyzzxzyzyx,zxyzxy,zxyzxy,546,321,直角坐标系直角坐标系传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性282023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUzyx,xyzxyz,6

10、54,321,对于硅压阻效应对于硅压阻效应传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性292023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU0rddr rr r弹性敏感元件的应力弹性敏感元件的应力(平面极坐标系平面极坐标系),rr传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性302023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(直角坐标系直角坐标系)力平衡力平衡xzzxzyyzyxxyzzyzxzyzyyxyxzxyxxfzyxfzyxfzyx000222222,twtvtu:,zyxfff传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性

11、312023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(平面极坐标系平面极坐标系)力平衡力平衡02101ff传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性322023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(直角坐标系直角坐标系 边界条件边界条件)xyz0ABCPNYNXNZNzyxxyxzzxzyyzyxnmlZnmlYnmlXzzyzxNyzyyxNxzxyxN传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性332023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU胡克胡克1635163517031703，16781678年弹性定律发表在他的讲演年

12、弹性定律发表在他的讲演集集态势的恢复态势的恢复(针对典型弹性体针对典型弹性体)科西科西18221822年引入年引入“应力应力”“”“应变应变”及及G.格林的改进后才格林的改进后才具有现代形式具有现代形式 (Robert Hooke)(Robert Hooke)传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性342023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性352023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU 1)1(2)1(2)1(21111DEC D C zxyzxyzyxT zxyzxyzyxT传感器

13、技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性362023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(平面应力问题平面应力问题)xyxyxyyxyyxxGEEE121122传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性372023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(一维应力问题一维应力问题)xxE传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性382023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU固支：位移与转角为零固支：位移与转角为零 简支：位移与转矩为零简支：位移与转矩为零 自由：转矩与剪力为零自由：转矩与剪力为零 0w0 w0w

14、0w0 w0 w传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性392023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU0w0w)0(xLFhbw(x)x(a)(b)xLL00固支：位移与转角为零固支：位移与转角为零 传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性402023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU0w0 w)0(xLhbw(x)x(a)(b)xLL00Lhbw(x)x(a)(b)xLL00简支：位移与转矩为零简支：位移与转矩为零 传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性412023-1-1IPENG XJTUIPENG

15、 XJTU0 w0 w)(Lx LFhbw(x)x(a)(b)xLL00自由：转矩与剪力为零自由：转矩与剪力为零 传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性422023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU3.1 概概 述述3.2 弹性敏感元件的特性弹性敏感元件的特性3.3 弹性敏感元件的材料弹性敏感元件的材料3.4 弹性敏感元件的设计弹性敏感元件的设计/计算计算传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性432023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUu弹性储能弹性储能(应变能应变能)：是指材料在开始塑性变形是指材料在开始塑性变形以前单

16、位体积所吸收的最大弹性变形功。以前单位体积所吸收的最大弹性变形功。2122eeeWUE 0ee传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性442023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUQ 具有良好的机械性能具有良好的机械性能 Q 具有良好的弹性性能具有良好的弹性性能 Q 具有良好的温度特性具有良好的温度特性Q 具有良好的化学性能具有良好的化学性能传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性452023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性462023-1-1IPENG XJTUI

17、PENG XJTUu稳定性处理：消除残余内应力稳定性处理：消除残余内应力u 时效时效u 退火退火u 反复加载和机械振动反复加载和机械振动u 冷处理冷处理传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性472023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU3.1 概概 述述3.2 弹性敏感元件的特性弹性敏感元件的特性3.3 弹性敏感元件的材料弹性敏感元件的材料3.4 弹性敏感元件的设计弹性敏感元件的设计/计算计算传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性482023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感

18、元件力学特性492023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性502023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU变形量应力传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性512023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性522023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性532023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU1）弹性柱体）弹性柱体2）弹性弦丝的固

19、有振动）弹性弦丝的固有振动3）悬臂梁）悬臂梁4）双端固支梁）双端固支梁5）周边固支圆平膜片）周边固支圆平膜片6）周边固支矩形平膜片）周边固支矩形平膜片7）周边固支波纹膜片）周边固支波纹膜片8）E形圆膜片形圆膜片9）薄壁圆柱壳体）薄壁圆柱壳体传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性542023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU1.1.受压缩受压缩(拉伸拉伸)的圆柱体的圆柱体(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论xLFAxFA0 xFEAEAF传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感

20、元件力学特性552023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU1.1.受压缩受压缩(拉伸拉伸)的圆柱体的圆柱体(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论(续续)xLFA xEAFxu LEAFLuumaxELf41S1传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性562023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUxRM剪 应 力 方 向剪 应 力 大 小L2.2.受扭转的圆柱体受扭转的圆柱体(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结

21、论基本结论AJrMrRMx42GJrMx周边固支周边固支24RJ 12EG扭矩扭矩 M传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性572023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU2.2.受扭转的圆柱体受扭转的圆柱体(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论 GRM32sinGJLM max xRM剪 应 力 方 向剪 应 力 大 小LA周边固支周边固支扭矩扭矩 M传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性582023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU12T1S1ff

22、LFELf41S1拉伸拉伸柱体的振动特性柱体的振动特性 一端固支，一端自由一端固支，一端自由1241T1ELf扭转扭转xRML612.1 3.0T1S1ff传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性592023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU0nFLn LxnWxwnsinmax,3,2,1 n0TR121FLf LxWxwsinmax1(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论xzLw x t0F传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性602023-1-1IPENG X

23、JTUIPENG XJTULFhbw(x)x(a)(b)xLL001.1.等截面情况等截面情况(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论FLFxEJxxw36)(2123bhJ 33max4)(EbhFLLwW传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性612023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTULFhbw(x)x(a)(b)xLL001.1.等截面情况等截面情况(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论xLEbhFxLEJ

24、Fhxx262)(xLbhFxExxx26)()(ELhf2B1162.0传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性622023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTULbbxbhLFx2.2.变截面情况变截面情况(等强度等强度)(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论3026)(hEbFLxxw303max6)(hEbFLLwW206)(hEbFLxx206)(hbFLxxELhf2B1316.0传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性632023-1-1IPENG XJTU

25、IPENG XJTUhbL(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论3201B01B2949.01EbhLFfFf122730.4221BELhf0F3202B02B1453.01EbhLFfFf122853.7222BELhf3max223334416FLFLFLWbhbh Ebh E，传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性642023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUpRH(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论

26、222maxR,2223211613RrHWrREHprw42maxR,1613HREpWp传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性652023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUpRHp(4)(4)基本结论基本结论22228313EHrRpr2223183rRHpr22231183rRHp2222813EHrRpr传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性662023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUpRHp(4)(4)基本结论基本结论 2maxR,120731731WpC pCfpf1B1R,B1R,22B1R,1469.0E

27、RHf3maxR,maxR,423607317311316WWRHEp传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性672023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(4)(4)基本结论基本结论3maxR,maxR,423607317311316WWRHEpR,max33WW若要求非线性若要求非线性1%，则，则若要求非线性若要求非线性0.2%，则，则若要求非线性若要求非线性0.1%，则，则R,max/0.2WH R,max/0.07WH R,max/0.1WH 传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性682023-1-1IPENG XJTUIPENG

28、 XJTUx中平面yz(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论222222maxRec,11,ByAxHWyxw422442maxRec,477321147EHBABApWp周边固支周边固支ByByAxBHWyxvAxByAxAHWyxu112,112,222222max,Rec222222max,Rec传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性692023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUABxyByAxABHEWAxByAHAxByBHEWByAxBHByAxAHEWxyyx111813

29、1113121311131222222max,Rec2222222222222max,Rec2222222222222max,Rec(4)(4)基本结论基本结论ABxyByAxABHWByAxBHWByAxAHWxyyx11161312113222222max,Rec222222max,Rec222222max,Recx中平面yz传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性702023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU22B1S,1413.0EAHf(4)(4)基本结论基本结论42maxS,222222maxS,192)1(4911,HAEpWAyAxHWyxwx

30、中平面yz传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性712023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUpHRWc(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论222234C5.11131321hHqqqqAEhpRAWpppEARhf2B1C,203.0周边固支周边固支传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性722023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUpHRWc(4)(4)基本结论基本结论(续续)2222232C5.111311hHqqqAEhFRAWFF周边固支周

31、边固支FF传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性732023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性742023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性752023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTUFxyHp(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论 1ln21ln241323222BRBBRREHRFrw222222ln24132ln2413RBBREH

32、FRBBREHFr周边固支周边固支周边固支周边固支222222ln22ln243ln22ln243RBBRRBBRHFRBBRRBBRHFrp或F传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性762023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性772023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU(1)(1)几何描述几何描述(2)(2)边界条件边界条件(3)(3)受力状态受力状态(4)(4)基本结论基本结论EhpREhpRhpRhpRxx22221.2 mnnmREfpCfpf22001211固支固支类固支类固支传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性782023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU1.1.在物理量传感器中，可以利用弹性敏感元件在物理量传感器中，可以利用弹性敏感元件的哪些物理特性？举例说明的哪些物理特性？举例说明(2(2个个)。2.2.说明弹性敏感元件的刚度、弹性滞后、弹性说明弹性敏感元件的刚度、弹性滞后、弹性后效、蠕变的物理意义。后效、蠕变的物理意义。3.3.分析弹性敏感元件的热特性。分析弹性敏感元件的热特性。传感器技术弹性敏感元件力学特性传感器技术弹性敏感元件力学特性792023-1-1IPENG XJTUIPENG XJTU总结！