機(jī)械測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、機(jī)械測(cè)試技術(shù)學(xué)院：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)：姓名中北大學(xué)機(jī)械工程系2012 年 5 月 1555.6.查等準(zhǔn)備工作。二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備常溫用電阻應(yīng)變片；天平秤；砝碼；千分尺（025?。?；防潮用硅膠；電烙鐵、鑷子、砂紙等工具；502粘結(jié)劑（氤基丙烯酸酯粘結(jié)劑）;實(shí)驗(yàn)一：用應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的靈敏度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针娮钁?yīng)變片的粘貼工藝技術(shù)；掌握選擇應(yīng)變片的原則及粘貼質(zhì)量的檢查;掌握在靜載荷下使用電阻應(yīng)變儀測(cè)量方法;掌握橋路連接和電阻應(yīng)變儀工作原理；了解影響測(cè)量誤差產(chǎn)生的因素；為后續(xù)電阻應(yīng)變測(cè)量的實(shí)驗(yàn)做好在試件上粘貼應(yīng)變片、接線、防潮、檢等強(qiáng)度梁試件；INV1861應(yīng)

2、變調(diào)理器；INV3018C信號(hào)采集分析儀；游標(biāo)卡尺；小臺(tái)鉗、鋼尺、劃針；丙酮、乙醇、藥棉等清洗器材等。三、實(shí)驗(yàn)原理電測(cè)法的基本原理是：將電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變 形時(shí)，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形（AL/L），應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化， 通過電阻應(yīng)變儀，可測(cè)量出應(yīng)變片中電阻值的變化（AR/R ），并換算成應(yīng)變值， 或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號(hào)（電壓或電流），用記錄儀記錄下來(lái)，也可用 計(jì)算機(jī)按預(yù)定的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。電阻應(yīng)變片的 靈敏度是構(gòu)件單位應(yīng)變所引起應(yīng)變片電阻值的變化量，用S來(lái)表示。本實(shí)驗(yàn)中用到的是單臂電橋，即四分之一橋，工作中只有一個(gè)橋臂電

3、阻隨著 被測(cè)量的變化而變化，設(shè)改電阻為R1，產(chǎn)生的電阻變化量為&原理如下圖所 示：B2DR3D偵4 產(chǎn)則輸出電壓U0的值為:UR1R2BC T C0A 99 c 9o B2DR3D偵4 產(chǎn)則輸出電壓U0的值為:UR1R2BC T C0A 99 c 9o OwW R4vuWH 個(gè)R1+6R式中。為輸出電壓U在應(yīng)變儀中讀出，s為實(shí)驗(yàn)所求。四、實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟1.選片。目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕、斷絲、霉點(diǎn)、銹點(diǎn)等缺陷，缺陷應(yīng)變片 不能粘貼，必須更換。測(cè)片。用數(shù)字萬(wàn)用表或電橋精確測(cè)量應(yīng)變片電阻值的大小。注意：不要用 手或不干凈的物品直接接觸應(yīng)變片基底。測(cè)量時(shí)應(yīng)放在干凈的書面上，不能使其 受力，應(yīng)保持平

4、直。記錄各個(gè)應(yīng)變片的阻值，要求應(yīng)變片阻值精確到小數(shù)點(diǎn)后一 位數(shù)字。對(duì)于標(biāo)稱電阻為120。的應(yīng)變片，測(cè)量時(shí)數(shù)字萬(wàn)用表必須打到200。檔 位上，所測(cè)電阻值為原始電阻。要求同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值相差均不得大 于0.5。，否則需要更換。試件表面處理。實(shí)驗(yàn)所用試件為等強(qiáng)度梁，為使粘貼牢固，必須對(duì)試件表 面進(jìn)行處理，處理過程如下:用細(xì)砂紙?jiān)诘葟?qiáng)度梁表面需貼片處打磨，打磨方向與貼片軸線位置成 45度交叉。如等強(qiáng)度梁上有以前貼好的應(yīng)變片，先用小刀鏟掉。應(yīng)變片為一次 性消耗材料，粘貼后再起下來(lái)不能再用。用棉花球蘸丙酮、乙醇擦洗表面的油污和銹斑，直到干凈再自行晾十。然后用劃針在貼片處劃出十字線，作為貼片坐標(biāo)，

5、再用棉球擦一下。打磨好的表面，如暫時(shí)不貼片，可涂以凡士林等防止氧化。貼片。貼片過程如下:在應(yīng)變片的紙基基底和等強(qiáng)度梁表面需貼片處，各涂上薄薄一層膠水， 一手捏住應(yīng)變片引出線，把應(yīng)變片軸線對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)線貼到等強(qiáng)度梁表面上。墊上以一層塑料布，用手指在應(yīng)變片的長(zhǎng)度方向滾壓，擠出片下汽泡 和多余的膠水，直到應(yīng)變片與被測(cè)物緊密粘合為止。手指保持不動(dòng)約1分鐘后再放開，按住時(shí)不要使應(yīng)變片移動(dòng)。注意粘 結(jié)劑不要用得過多或過少，過多則膠層太厚影響應(yīng)變片性能，過少則粘結(jié)不牢不 能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變。粘貼質(zhì)量的檢查。過程如下：目測(cè)或用放大鏡檢查應(yīng)變片是否粘牢，有無(wú)氣泡、翹起等現(xiàn)象。用萬(wàn)用表檢查電阻值。正常情況下，阻值與未貼片

6、前的相差無(wú)幾。焊線。用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到等強(qiáng)度梁上的引線焊點(diǎn)處，注意 防止虛焊。應(yīng)變片保護(hù)。用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。在懸臂梁上依次填加砝碼，使電橋平衡后讀取電壓值，并記錄之。一.一 .4u利用公式S二也，計(jì)算電橋靈敏度S。8 Ue利用材料力學(xué)知識(shí)計(jì)算電阻應(yīng)變片的實(shí)際靈敏度，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用到 的公式為：M=PL Q =W =些 =-， W，6， E式中：M一彎矩；L P力至應(yīng)變片中心距離300mm；。一彎曲應(yīng)力；b 一等 強(qiáng)度梁貼應(yīng)變片處的寬度45.8mm； h 一等強(qiáng)度梁貼應(yīng)變片處的厚度4mm；e實(shí) 際應(yīng)變值；W一抗彎截面模量；E 一彈性模量E=1.62*1011N -

7、 m2五、數(shù)據(jù)處理與分析載荷/g0掛鉤50100150200250Ubd/V0.02250.070.861.652.463.244.04算出電橋輸出端電壓變化量的平均值為UBD=2.38V將有關(guān)公式帶入應(yīng)變片靈敏度的計(jì)算公式，得出靈敏度nBI)nBI)bh2E5 =2.183mSUAC六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果電阻應(yīng)變片的靈敏度為_Wh=E3mgUAC 一電阻應(yīng)變片的實(shí)際標(biāo)稱值為2.22，相對(duì)誤差M=0.018實(shí)驗(yàn)二：測(cè)量等強(qiáng)度梁的固有頻率和阻尼率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率和阻尼率的測(cè)定方法識(shí)別懸臂梁的二階固有頻率和阻尼系數(shù)了解并學(xué)習(xí)東方所振動(dòng)與噪聲測(cè)試儀的使用二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器等強(qiáng)度梁東方所振動(dòng)與

8、噪聲測(cè)試儀加速度傳感器三、實(shí)驗(yàn)原理瞬態(tài)激勵(lì)方法給被測(cè)系統(tǒng)提供的激勵(lì)信號(hào)是一種瞬態(tài)信號(hào)，它屬于一種寬頻 帶激勵(lì)，即一次同時(shí)給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個(gè)頻率成份的能量和使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻 帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。因此，它是一種快速測(cè)試方法。同時(shí)由于測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，靈活 性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。目前常用的瞬態(tài)激勵(lì)方法有快速正弦掃描、脈沖錘 擊和階躍松弛激勵(lì)等方法，本實(shí)驗(yàn)中采用脈沖錘擊產(chǎn)生瞬態(tài)信號(hào)。脈沖錘擊激勵(lì)是用脈沖錘對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行敲擊，給系統(tǒng)施加一個(gè)脈沖力，使 之發(fā)生振動(dòng)。由于錘擊力脈沖在一定頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻譜曲線，所以它是 一種寬頻帶的快速激勵(lì)方法。用脈沖錘敲擊試件產(chǎn)生的近似于半正弦的脈沖信號(hào) 有效頻率取決

9、于脈沖持續(xù)時(shí)間t，t越小則頻率范圍越大。固有頻率，可根據(jù)分析儀直接讀出固有頻率的值。阻尼比的測(cè)定本實(shí)驗(yàn)根據(jù)自由衰減法測(cè)定阻尼比：即在結(jié)構(gòu)被激起自由振動(dòng)時(shí)，由于存在 阻尼，其振幅呈指數(shù)衰減波形，可算出阻尼比，下面具體論述。由振動(dòng)力學(xué)知，二階系統(tǒng)的特征方程為：S2+2&+2 =0，對(duì)應(yīng)的微分方程為：mdm + cd + kx = 0，其中c = 2列。因?yàn)? =3 J1-&2，當(dāng)&很小時(shí)，減幅系數(shù)門=土 = 減幅系數(shù)門=土 = e，Ai+1AA=1Xi+1 xAi+1Ai+2AX i+jT =門 j，Ai+j.一 1 A則：8=-ln 一 = & T。Ji+j又因?yàn)镽，所以T=wT=2兀，所以8=

10、2兀& ,可推出阻尼比公式為：&=宜 2兀求解過程：10.一一 . .8. 一一(1)根據(jù)1氣7個(gè)點(diǎn)的幅值，可求出8= 6 IN宗，根據(jù)公式&= 2-可求出阻7尼比&。 . T(2)根據(jù)7個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間TT ,可用法求出T ,再根據(jù)公式T = , n ,17ddJ1&2求出T = T (1-& 2。T為有阻尼的信號(hào)周期，T為無(wú)阻尼信號(hào)周期。N d3 dn從時(shí)域圖中讀出有阻尼固有頻率七，根據(jù)也=wJTW，求得無(wú)阻尼固有四、實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)原理圖:按要求，把各實(shí)驗(yàn)儀器連接好接入電腦中，然后在懸臂梁孔處小心放好 加速度傳感器。打開計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)上的“振動(dòng)測(cè)試及頻譜分析”。設(shè)置適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率

11、和采樣點(diǎn)數(shù)以及硬件增益。點(diǎn)擊“采樣”后開始敲擊。敲擊等強(qiáng)度梁。使用小榔頭敲擊時(shí)注意在敲擊后里、榔頭要迅速離開梁! 避免產(chǎn)生不必要的干擾波形。數(shù)據(jù)分析，用東方所分析儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用時(shí)域分析可以得到峰 值點(diǎn)A1氣，使用頻域分析可以直接得到懸臂梁的固有頻率七。五、數(shù)據(jù)處理與分析將得到的數(shù)據(jù)輸入Matlab中進(jìn)行處理。計(jì)算AA和TT，然后計(jì)算阻尼1717比6，最后計(jì)算Tn和七。從懸臂梁振動(dòng)信號(hào)的頻域圖上可以直觀的看到懸臂梁的一階固有頻率為15.7Hz，取頻譜圖上連續(xù)的7個(gè)峰值：A _0 17O56A -0 13806A -0 11365A -0 10632A -0 09167A -0 09045

12、AU.,A_cU.,A_cU.；一U.,AU.；A_U.；f,123456/0.08069;1 Aj 10.17056戶呢=7品而睦=。如沏6=0.0170262兀六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等強(qiáng)度梁的固有頻率/固-15皿。(2)阻尼比 6 0.017。實(shí)驗(yàn)三：振動(dòng)信號(hào)測(cè)量與頻譜分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谑炀氄莆罩芷谛盘?hào)幅頻特性和相頻特性內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過頻譜儀對(duì)信號(hào)的各組成諧波進(jìn)行直觀的、感性的認(rèn)識(shí)和了解。通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量及頻譜分析，了解相關(guān)頻譜特性和濾波的概念，由頻譜圖上特征頻率尋找該機(jī)械設(shè)備的振源。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器1、計(jì)算機(jī)及MATLAB軟件;2、等強(qiáng)度梁;3、INV3020D1、計(jì)算機(jī)及MATLAB軟件

13、;2、等強(qiáng)度梁;3、INV3020D信號(hào)采集分析儀;4、加速度傳感器。三、實(shí)驗(yàn)原理 使用傅立葉變換，將采集到的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信。F(u, v) = j j f (x, y)e-j2兀(ux+vy)dxdy逆變換:f (x, y)= j j F(u, v)ej2兀 (ux+vy) dudv88對(duì)于二維信號(hào)，二維Fourier變換定義為: 二維離散傅立葉變換為: 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容F(m, n) = N 空 f G k)e一,打亦咔) i=0 k=0逆變換：f (i, k) = 1 云為 F m n)e，2 兀(吒點(diǎn))Nm=0 n=01、將振動(dòng)與噪聲測(cè)試儀與加速度傳感器連接，觀察信號(hào)產(chǎn)生的過程。2、

14、振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量與數(shù)據(jù)采集。連接振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，記錄通道2的數(shù)據(jù)并存盤，在分析儀上先觀察原始時(shí) 域信號(hào)及其傅里業(yè)變換。3、振動(dòng)信號(hào)分析，包括傅立葉分析和功率譜分析等。將數(shù)據(jù)裝載到計(jì)算機(jī)上，利用MATLAB軟件進(jìn)一步分析振動(dòng)信號(hào)的頻率成分，計(jì)算各個(gè)信號(hào)的功率譜、被測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的前三階特征頻率，并計(jì)算兩個(gè)信號(hào)之間的相關(guān)函數(shù)及傳遞率。五、實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟1、將振動(dòng)與噪聲測(cè)試儀與加速度傳感器連接，安裝連接相應(yīng)的傳感器、直流電源等，開機(jī)、設(shè)定參數(shù)、采集數(shù)據(jù)，分析處理數(shù)據(jù)；2、觀察振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生過程，記錄通道2產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并存盤分析。3、根據(jù)一組輸入輸出數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件進(jìn)行時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)分析。figure(1);plot(x);%作正弦信號(hào)的時(shí)域波形title(時(shí)域波形);grid;%進(jìn)行FFT變換并做頻譜圖fs=500;y=fft(x);%進(jìn)行 fft 變換mag=abs(y);% 求幅值f=(0:length(y)-1)*fs/length(y);% 進(jìn)行對(duì)應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換figure(2);plot(f,mag);% 做頻譜圖axis(0,100,0,80);xlabel(頻率(Hz)