機(jī)械工程測試技術(shù)三級項(xiàng)目報(bào)告)

1、機(jī)械工程測試技術(shù)懸臂梁在動態(tài)力作用下梁身應(yīng)變試項(xiàng)目匯報(bào)姓名： 指導(dǎo)教師：王老師日期：2014年4月9日懸臂梁在動態(tài)力作用下梁身應(yīng)變測試（燕山大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院）1、 摘要： 本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谡莆赵诓煌膭討B(tài)力狀態(tài)下，應(yīng)變測量方法，在這個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求選擇所需的測量電路，半橋法和全橋法都可完成本實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)中我們組選取是全橋法測量，然后連接實(shí)驗(yàn)電路，通過軟件輔助測量在不同的動態(tài)力作用下的梁身的應(yīng)變，最后完成數(shù)據(jù)的處理和分析。關(guān)鍵詞：全橋法、軟件輔助測量、動態(tài)力。2、 前言：實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容為懸臂梁在動態(tài)力作用下梁身應(yīng)變的變化，我們需要進(jìn)行了解和實(shí)驗(yàn)有關(guān)的原理知識和儀器設(shè)備的使用的知

2、識，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析動態(tài)力和應(yīng)變的關(guān)系。進(jìn)行測量數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，通過這些來加強(qiáng)我們的動手實(shí)踐能力，培養(yǎng)靈活運(yùn)用知識的能力和創(chuàng)新思維。3、 正文:（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹實(shí)驗(yàn)涉及到的原理分析：主要儀器介紹以彎曲為主要變形的桿件稱為梁。一端固定，另一端自由的梁為懸臂梁。為了使懸臂梁各個截面的彎曲應(yīng)力相同隨著彎矩的大小相應(yīng)地改變截面尺寸以保持相同強(qiáng)度，這樣的懸臂梁稱為等強(qiáng)度懸臂梁。等強(qiáng)度懸臂梁實(shí)驗(yàn)儀由已粘貼好電阻應(yīng)變片的等強(qiáng)度梁、支座、調(diào)節(jié)螺釘和加載砝碼等組成，本實(shí)驗(yàn)用電測法測量等強(qiáng)度懸臂梁的應(yīng)變。 圖1 等強(qiáng)度梁 圖2 電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變片是能將被測試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化的敏感元件。它由敏感柵、

3、基片、覆蓋層、引線四部分組成，如圖2所示。其中，敏感柵是用金屬絲制成的應(yīng)變轉(zhuǎn)換元件，是構(gòu)成電阻應(yīng)變片的主要部分；引線作為測量敏感柵電阻值時與外部導(dǎo)線連接之用；基底的作用是保持敏感柵的幾何形狀和相對位置；覆蓋層是用來護(hù)敏感柵的；粘貼劑用來將敏感柵固結(jié)在覆蓋層和基底之間。圖3 電橋電路圖電橋的組成橋臂：四個，每臂有電阻R，分別記R1、R2、R3、R4供橋電壓：UAC=U0輸出信號：輸出電壓UBD=U輸出電流Ig電橋的分類按供橋電源分：直流電橋、交流電橋按輸出信號分：電壓輸出、功率（電流）輸出按橋臂阻值分：全等臂電橋、半等臂電橋（包括立式橋R1=R4R2=R3、臥式橋R1=R2 R3=R4）按工作臂

4、數(shù)目分：單臂橋、半橋、全橋按電橋工作方式分：平衡電橋、不平衡電橋電測法基本原理電測法基本原理，是將金屬絲等制成的電阻應(yīng)變片貼在構(gòu)件待測應(yīng)變處，當(dāng)構(gòu)件受力變形時，金屬絲亦隨之伸縮，因而其電阻也隨之改變。電阻改變量與金屬絲的線應(yīng)變之間存在一定的關(guān)系。通過電阻應(yīng)變儀將電阻改變量測出，進(jìn)而可得到構(gòu)件所測部位的應(yīng)變。電阻改變量與構(gòu)件應(yīng)變之間存在如下關(guān)系： (1)式中，為電阻應(yīng)變片電阻值的相對變化量；為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，對于本實(shí)驗(yàn)為常數(shù)；為構(gòu)件應(yīng)變。測量等強(qiáng)度懸臂梁應(yīng)力的電路，由于懸臂梁產(chǎn)生的應(yīng)變一般都很小, 引起應(yīng)變片的電阻變化也很小，要想把這種應(yīng)變直接測量出來很困難。因此, 需要有專用的測量電路來測量

5、這種由應(yīng)變變化而引起的電阻變化。一般情況下，將懸臂梁上的應(yīng)變片連接成電橋進(jìn)行測量，可將一枚、二枚或四枚應(yīng)變片接入到橋臂中，分別稱作單橋、半橋和全橋電路，如圖3所示。接入應(yīng)變片的橋臂稱為工作臂，在輸入端加電壓E，則在輸出端有輸出電壓U。本實(shí)驗(yàn)采用全橋電路，四個橋臂均接有應(yīng)變片，電阻值分別為R1，R2、R3和R4。在等強(qiáng)度懸臂梁的自由端掛有砝碼盤，不加砝碼時，電路為惠斯登電橋，則有 所以 當(dāng)在砝碼盤上加上砝碼時，梁發(fā)生彎曲變形。電阻應(yīng)變片也產(chǎn)生相同的應(yīng)變，阻值發(fā)生變化。R1、R3受到的是拉伸變形，R2、R4受到的擠壓變形，則R1、R3的電阻增加，R2、R4的電阻減少。假設(shè)各個應(yīng)變片電阻的變化量為R

6、1，R2、R3和R4，R1和R3的符號為正，R2和R4的符號為負(fù)。這時有 (2)若四個橋臂上應(yīng)變片的靈敏系數(shù)均為K,由（1）式可知則（2）式變?yōu)?(3)本實(shí)驗(yàn)中，電路中的應(yīng)變片均是相同的，因,。則(3)式變?yōu)?(4)式中，為傳感器的輸出靈敏度，單位為mV / V，所以 (5)實(shí)驗(yàn)中，S的值可由精密數(shù)字測量儀直接讀出,K作為已知的常數(shù)給出。等強(qiáng)度懸臂梁所受的正應(yīng)力與應(yīng)變之間有如下的關(guān)系式： （6）式中 等強(qiáng)度懸臂梁所受的應(yīng)變； 等強(qiáng)度懸臂梁所受的應(yīng)力；E 彈性模量。又因?yàn)?（7）式中 M 被測點(diǎn)的力矩,M = P L，P為對懸臂梁所施加的力，既載荷。L為力的作用點(diǎn)到固定點(diǎn)的距離。截面慣性矩， =

7、 b h3 / 12，b為梁的寬度，h為梁的厚度。所以（7）式變?yōu)?（8）（2）、DHDAS軟件說明DHDAS控制與基本分析軟件可以和各種型號的動態(tài)信號分析儀配套使用，用于軟件控制儀器的量程、濾波、參數(shù)設(shè)置、以及信號的實(shí)時分析處理。軟件特點(diǎn)1、運(yùn)行于Windows2000/XP操作系統(tǒng)，用戶界面友好、操作簡便靈活；2、強(qiáng)大的實(shí)時性：實(shí)時采集、實(shí)時保存、實(shí)時顯示、實(shí)時分析等；3、強(qiáng)大的分析、處理功能及完善的在線幫助；4、不斷推出新版軟件，免費(fèi)為老用戶升級同類軟件。軟件功能1、一鍵設(shè)定式控制功能使您的儀器操作更加方便、快捷；2、自主開發(fā)的底部驅(qū)動程序、通訊協(xié)議等與儀器配套使用的控制軟件，可以完全控

8、制儀器硬件系統(tǒng)，自動識別系統(tǒng)配置，完全實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能和“一鍵設(shè)定”式操作；3、強(qiáng)大的基本分析功能，滿足您常規(guī)分析的各種要求；4、實(shí)時數(shù)據(jù)處理實(shí)時采集、實(shí)時保存、實(shí)時顯示、實(shí)時分析等強(qiáng)大的實(shí)時性；5、數(shù)據(jù)預(yù)處理：重采樣、低通濾波、消除直流(均值)、消除線性趨勢、曲線擬合、平滑處理、數(shù)據(jù)段的截取、刪除、另存、時域或頻域的積分與微分、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及濾波處理、虛擬通道計(jì)算等；6、數(shù)據(jù)加窗：矩形窗、漢寧窗、海明窗以及用于錘擊法的力窗和指數(shù)窗等；7、統(tǒng)計(jì)功能：均值、最大值、最小值、有效值、峰峰值、偏度、峰度、波峰因數(shù)、波形因數(shù)等；8、頻域分析功能：實(shí)時FFT譜、平均FFT譜、頻響函數(shù)、相干函數(shù)、脈響

9、函數(shù)、自譜、互譜、自功率譜密度、互功率譜密度、MIMO頻響函數(shù)矩陣等；9、幅值域分析：概率密度函數(shù)PDF、概率分布函數(shù)PDF（改稱累積密度函數(shù)CDF）、直方圖計(jì)算；10、時域分析功能：有偏自相關(guān)、無偏自相關(guān)、有偏互相關(guān)、無偏互相關(guān)；11、倒譜分析功能：實(shí)倒譜、復(fù)倒譜、逆復(fù)倒譜。豐富的顯示功能，使您的數(shù)據(jù)視角更加多面；12、圖形顯示：瀑布圖、階次譜圖、縱向切片、橫向切片、“x-y”圖(李薩如圖)等；13、坐標(biāo)軸類型： X軸：線性坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)、1/1倍頻程、1/3倍頻程 Y軸：實(shí)部、虛部、幅值、相位、相位展開、對數(shù)幅值、分貝顯示；14、軟件實(shí)時性好，采樣過程中可以動態(tài)開設(shè)或關(guān)閉窗口，動態(tài)切換或增

10、減顯示通道，動態(tài)設(shè)置其顯示方式；15、信號顯示：每個窗口可同時顯示4個通道的曲線、信號的棒圖顯示、任意兩個通道李薩如圖顯示；16、數(shù)值顯示：單光標(biāo)、雙光標(biāo)、諧光標(biāo)、四光標(biāo)、同步光標(biāo)、峰值搜索、谷值搜索、數(shù)值標(biāo)注、數(shù)值列表、文本注釋；17、圖形屬性控制：曲線類型、背景、網(wǎng)格線、坐標(biāo)軸、字體、顏色等屬性均可自定義。（3）、實(shí)驗(yàn)步驟1) 實(shí)驗(yàn)開始后老師介紹了實(shí)驗(yàn)原理和步驟注意事項(xiàng)等。2) 我們熟悉實(shí)驗(yàn)原理后，進(jìn)行設(shè)備的組裝，我們采用全橋法測量等強(qiáng)度梁的應(yīng)變，按照全橋法進(jìn)行連線。3) 啟動軟件，本實(shí)驗(yàn)采取了先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理軟件，大大簡化了我們后期的數(shù)據(jù)處理工作，我們僅需要進(jìn)行DHDAS控制與基本分析軟件

11、的基本參數(shù)的設(shè)定和保存。4）采用電機(jī)帶動偏心質(zhì)量塊旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生動態(tài)力，我們通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變動態(tài)力的大小。5) 經(jīng)過兩節(jié)課實(shí)驗(yàn)，記錄了4組數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉電源，對實(shí)驗(yàn)器械進(jìn)行整理。6) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理和歸納，做曲線圖找規(guī)律。（4）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)速r/min對應(yīng)應(yīng)變402.020-20556.021.4-27.0636.045.0-48.5689.0105.0-103.4(5)、分析說明1）當(dāng)給出的轉(zhuǎn)速（即動態(tài)力）不同，會產(chǎn)生不同的應(yīng)變，從圖中可以看到應(yīng)變隨著轉(zhuǎn)速（動態(tài)力）的增大而增大。2）根據(jù)所得應(yīng)變值正負(fù)最大值可知，全橋法測量應(yīng)變是近似對稱的。3）全橋法測量應(yīng)變可以消除溫度的影響，同時，它可以消除偏心載荷的影響。(6) 、心得體會1）理論知識是用來指導(dǎo)實(shí)踐的，親身體驗(yàn)才能領(lǐng)悟其中的妙用。2）體會到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，隨著項(xiàng)目的不斷進(jìn)行越來越感到一個人力量的渺小，只有心往一處使，才能盡快的完成任務(wù)。3）各種數(shù)據(jù)的查找讓我們深深的感到學(xué)科之間的互相交融，全方面的發(fā)展自己對未來意義深遠(yuǎn)。4）實(shí)驗(yàn)