机械工程测试技术三级项目报告.docx

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机械工程测试技术三级项目报告

机械工程测试技术

悬臂梁在动态力作用下梁身应变试

项目汇报

姓名：

指导教师：

王老师

日期：

2014年4月9日

悬臂梁在动态力作用下梁身应变测试

（燕山大学机械工程学院）

1、摘要：

本实验目的在于掌握在不同的动态力状态下，应变测量方法，在这个实验项目中首先要根据实验的要求选择所需的测量电路，半桥法和全桥法都可完成本实验的目的，实验中我们组选取是全桥法测量，然后连接实验电路，通过软件辅助测量在不同的动态力作用下的梁身的应变，最后完成数据的处理和分析。

关键词：

全桥法、软件辅助测量、动态力。

2、前言：

实验研究内容为悬臂梁在动态力作用下梁身应变的变化，我们需要进行了解和实验有关的原理知识和仪器设备的使用的知识，通过实验结果来分析动态力和应变的关系。

进行测量数据、分析结果，通过这些来加强我们的动手实践能力，培养灵活运用知识的能力和创新思维。

3、正文:

（1）实验设备介绍实验涉及到的原理分析：

主要仪器介绍

以弯曲为主要变形的杆件称为梁。

一端固定，另一端自由的梁为悬臂梁。

为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸以保持相同强度，这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁。

等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、调节螺钉和加载砝码等组成，本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应变。

图1等强度梁

图2电阻应变片结构

电阻应变片是能将被测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件。

它由敏感栅、基片、覆盖层、引线四部分组成，如图2所示。

其中，敏感栅是用金属丝制成的应变转换元件，是构成电阻应变片的主要部分；引线作为测量敏感栅电阻值时与外部导线连接之用；基底的作用是保持敏感栅的几何形状和相对位置；覆盖层是用来护敏感栅的；粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层和基底之间。

图3电桥电路图

电桥的组成

桥臂：

四个，每臂有电阻R，分别记R1、R2、R3、R4

供桥电压：

UAC=U0

输出信号：

输出电压UBD=U

输出电流Ig

电桥的分类

按供桥电源分：

直流电桥、交流电桥

按输出信号分：

电压输出、功率（电流）输出

按桥臂阻值分：

全等臂电桥、半等臂电桥（包括立式桥R1=R4≠R2=R3、

卧式桥R1=R2≠R3=R4）

按工作臂数目分：

单臂桥、半桥、全桥

按电桥工作方式分：

平衡电桥、不平衡电桥

电测法基本原理

电测法基本原理，是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。

电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。

通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。

电阻改变量与构件应变之间存在如下关系：

（1）

式中，

为电阻应变片电阻值的相对变化量；

为应变片的灵敏系数，对于本实验

为常数；

为构件应变。

测量等强度悬臂梁应力的电路，由于悬臂梁产生的应变一般都很小,引起应变片的电阻变化也很小，要想把这种应变直接测量出来很困难。

因此,需要有专用的测量电路来测量这种由应变变化而引起的电阻变化。

一般情况下，将悬臂梁上的应变片连接成电桥进行测量，可将一枚、二枚或四枚应变片接入到桥臂中，分别称作单桥、半桥和全桥电路，如图3所示。

接入应变片的桥臂称为工作臂，在输入端加电压E，则在输出端有输出电压U。

本实验采用全桥电路，四个桥臂均接有应变片，电阻值分别为R1，R2、R3和R4。

在等强度悬臂梁的自由端挂有砝码盘，不加砝码时，电路为惠斯登电桥，则有

所以

当在砝码盘上加上砝码时，梁发生弯曲变形。

电阻应变片也产生相同的应变，阻值发生变化。

R1、R3受到的是拉伸变形，R2、R4受到的挤压变形，则R1、R3的电阻增加，R2、R4的电阻减少。

假设各个应变片电阻的变化量为△R1，△R2、△R3和△R4，△R1和△R3的符号为正，△R2和△R4的符号为负。

这时有

（2）

若四个桥臂上应变片的灵敏系数均为K,由

（1）式可知

则

（2）式变为

（3）

本实验中，电路中的应变片均是相同的，因

。

则（3）式变为

（4）

式中

，为传感器的输出灵敏度，单位为mV/V，所以

（5）

实验中，S的值可由精密数字测量仪直接读出,K作为已知的常数给出。

等强度悬臂梁所受的正应力与应变之间有如下的关系式：

（6）

式中ε——等强度悬臂梁所受的应变；

σ——等强度悬臂梁所受的应力；

E——弹性模量。

又因为

（7）

式中M——被测点的力矩,M=PL，P为对悬臂梁所施加的力，既载荷。

L为力的作用点到固定点的距离。

——截面惯性矩，

=bh3/12，b为梁的宽度，h为梁的厚度。

所以（7）式变为

（8）

（2）、DHDAS软件说明

DHDAS控制与基本分析软件可以和各种型号的动态信号分析仪配套使用，用于软件控制仪器的量程、滤波、参数设置、以及信号的实时分析处理。

软件特点

1、运行于Windows2000/XP操作系统，用户界面友好、操作简便灵活；

2、强大的实时性：

实时采集、实时保存、实时显示、实时分析等；

3、强大的分析、处理功能及完善的在线帮助；

4、不断推出新版软件，免费为老用户升级同类软件。

软件功能

1、"一键设定"式控制功能使您的仪器操作更加方便、快捷；

2、自主开发的底部驱动程序、通讯协议等与仪器配套使用的控制软件，可以完全控制仪器硬件系统，自动识别系统配置，完全实现虚拟仪器的功能和“一键设定”式操作；

3、强大的基本分析功能，满足您常规分析的各种要求；

4、实时数据处理实时采集、实时保存、实时显示、实时分析等强大的实时性；

5、数据预处理：

重采样、低通滤波、消除直流（均值）、消除线性趋势、曲线拟合、平滑处理、数据段的截取、删除、另存、时域或频域的积分与微分、数字滤波器设计及滤波处理、虚拟通道计算等；

6、数据加窗：

矩形窗、汉宁窗、海明窗以及用于锤击法的力窗和指数窗等；

7、统计功能：

均值、最大值、最小值、有效值、峰峰值、偏度、峰度、波峰因数、波形因数等；

8、频域分析功能：

实时FFT谱、平均FFT谱、频响函数、相干函数、脉响函数、自谱、互谱、自功率谱密度、互功率谱密度、MIMO频响函数矩阵等；

9、幅值域分析：

概率密度函数PDF、概率分布函数PDF（改称累积密度函数CDF）、直方图计算；

10、时域分析功能：

有偏自相关、无偏自相关、有偏互相关、无偏互相关；

11、倒谱分析功能：

实倒谱、复倒谱、逆复倒谱。

丰富的显示功能，使您的数据视角更加多面；

12、图形显示：

瀑布图、阶次谱图、纵向切片、横向切片、“x-y”图（李萨如图）等；

13、坐标轴类型：

       X轴：

线性坐标、对数坐标、1/1倍频程、1/3倍频程

       Y轴：

实部、虚部、幅值、相位、相位展开、对数幅值、分贝显示；

14、软件实时性好，采样过程中可以动态开设或关闭窗口，动态切换或增减显示通道，动态设置其显示方式；

15、信号显示：

每个窗口可同时显示4个通道的曲线、信号的棒图显示、任意两个通道李萨如图显示；

16、数值显示：

单光标、双光标、谐光标、四光标、同步光标、峰值搜索、谷值搜索、数值标注、数值列表、文本注释；

17、图形属性控制：

曲线类型、背景、网格线、坐标轴、字体、颜色等属性均可自定义。

（3）、实验步骤

1）实验开始后老师介绍了实验原理和步骤注意事项等。

2）我们熟悉实验原理后，进行设备的组装，我们采用全桥法测量等强度梁的应变，按照全桥法进行连线。

3）启动软件，本实验采取了先进的数据处理软件，大大简化了我们后期的数据处理工作，我们仅需要进行DHDAS控制与基本分析软件的基本参数的设定和保存。

4）采用电机带动偏心质量块旋转来产生动态力，我们通过控制电机的转速来改变动态力的大小。

5）经过两节课实验，记录了4组数据，完成实验后，关闭电源，对实验器械进行整理。

6）对数据进行分析、整理和归纳，做曲线图找规律。

（4）、实验数据及实验结果

转速r/min

对应应变

402.0

20

-20

556.0

21.4

-27.0

636.0

45.0

-48.5

689.0

105.0

-103.4

（5）、分析说明

1）当给出的转速（即动态力）不同，会产生不同的应变，从图中可以看到应变随着转速（动态力）的增大而增大。

2）根据所得应变值正负最大值可知，全桥法测量应变是近似对称的。

3）全桥法测量应变可以消除温度的影响，同时，它可以消除偏心载荷的影响。

（6）、心得体会

1）理论知识是用来指导实践的，亲身体验才能领悟其中的妙用。

2）体会到了团队协作的重要性，随着项目的不断进行越来越感到一个人力量的渺小，只有心往一处使，才能尽快的完成任务。

3）各种数据的查找让我们深深的感到学科之间的互相交融，全方面的发展自己对未来意义深远。

4）实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力。

5）任何看起来简单的事情，做起来都远比想象的要困难的多好多。

6）坚持，不放弃是完成一项任务必须的品质。

7）平时的细心能让我们在忙碌时少犯好多错误。

项目分工：

胡广程：

ppt制作，说明书修稿

程鹏：

说明书制作

毛子鉴：

项目汇报人