(实验应力分析电测)5动态应变测量课件

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。产生：瞬态载荷1．瞬变性动态应变二、非周期性动态应变1三、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三、随机性动态应变特点：ty(t)o2§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)oxAl（5—4）（5—5）§5-2应变计的动态响应和疲劳寿命构件上应变传播的3A点读数应变为栅长中点A处的应变值相对误差为ty(t)oxAl栅长中点A处的应变值为由于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。（5—5）（5—6）（5—7）（5—8）A点读数应变为栅长中点A处的应变值相对误差为ty(t)4即时，近似为当，于是由于应变波在材料中的传播速度是常数，所以有（5—9）即时，近似为当51）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。2）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为：二、应变计的疲劳寿命一般应变计在常温下动态应变计可达寿命与应变幅值有关（5—9）1）若给定允许的相对误差和被测动态应变的最高频率6§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0—200Hz动态应变计0—200kHz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§5-3动态应变测量的标定和实施应变计一、动态应变测7二、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8§5-4动态应变测量中的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§5-4动态应变测量中的干扰与防干扰措施一、干扰的分类9二、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10三、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11§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B周期记录长度（5—10）（5—11）§5-5动态应变的记录曲线与修正一、记录曲线幅高为h12二、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零13§5-6动态应变的数据分析一、周期性应变信号根据波形图，除了确定应变的幅值和基频f1外，还需计算频谱，为此，将复杂周期应变改写成式中：、an、bn称为傅里叶系数，按下式计算（5—12）（5—13）（5—14）（5—15）§5-6动态应变的数据分析一、周期性应变信号14这样，第n次谐波的幅值和相位可由an、bn确定如下因此，计算周期信号的频谱即为确定时间历程的傅里叶系数。（5—16）（5—17）这样，第n次谐波的幅值和相位可由15t10titN-1将基波周期T分为N等分，时间间隔为，，，频率为T则傅里叶系数计算公式为（5—18）（5—19）（5—20）（5—21）t10titN-1将基波周期T分为N等分，时间间隔为16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2m+1个系数，则要求。故所得到的最高谐波次数不超过次。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。设傅里叶级数的项数n为m，则包括在内的傅17二、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式中：、f1为基频，是三角函数的复数形式，令代入式（5—22)并合并右边项，则有（5—22）（5—23）（5—24）由式（5—14)、（5—15）和（5—23），可得（5—25）二、瞬变性应变信号瞬变性信号可看成周期T18Cn为复数频谱分量，写成（5—26）（5—25）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，得当时，有（5—27）称为信号的频谱密度。Cn为复数频谱分量，写成（5—26）（5—219这时式（5—24)求和运算变为积分运算（5—24）（5—28）称为的傅里叶几分变换。称为的傅里叶逆变换。有（5—29）模与幅角分别称为应变信号的幅值谱密度和相位谱密度。这时式（5—24)求和运算变为积分运算（5—24）（5—2820实测应变信号曲线的计算只能在0—T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（5—30）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计算得离散频率为（5—31）式中，为信号在频率处的频谱密度。这样，变换为实测应变信号曲线的计算只能在0—T有限21§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§6-1基本原理电阻应变计弹性元件传感器的22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232、弹性元件材料的选择常用材料：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2、弹性元件材料的选择常用材料：另：静态和动态加载处理弹性元24三、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3—5倍4．满量程反复3—5次；额定量程分5—10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25四、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、传感器的电路补偿—敏感栅上的功率密度。—敏感栅的面积ABCDR1R2uBDR4R3RZVRtRE/2RL/2RS/2RE/2RL/2RS/24．非线性5．输出灵敏度RZRtRERLRS四、供桥电压的选择式中：R—应变计电阻经验公式26§6-2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R1R2ABCDR1R2§6-2测力传感器一、拉压弹性元件1、柱式弹性元件27R1R2ABCDR1R2R1R2ABCDR1R228R3R4R1R2ABCDR1R2R4R3R3R4R1R2ABCDR1R2R4R329带膜片——可承受横