工程实验力学第6章-动态应变测量课件.pptx

1、工程实验力学第6章动态应变测量6.1动态应变的类型6.2应变计的动态响应特性和疲劳寿命6.3动态应变测量的标定6.4动态应变测量中的干扰与防干扰措施6.5动态应变的记录曲线与修正6.6动态应变的数据分析6.1动态应变的类型6.1.1周期性动应变6.1.2非周期性动态应变6.1.3随机性动态应变6.1动态应变的类型图6-1动态应变的分类6.1.1周期性动应变1)简谐周期性动应变的波形为正弦波，如图6-2a所示，其数学表达式为2)复杂周期性动应变的波形如图6-2b所示，它可以分解为两个或两个以上振幅不同、频率为某一基波频率整数倍的简谐波，其任意两个谐波频率之比都是有理数。6.1.1周期性动应变6.

2、1.2非周期性动态应变1)瞬变性动态应变主要是由于瞬态载荷作用所引起的。2)准周期性动应变是由若干个简谐周期性动应变叠加而成的，但其谐波频率之比不全是有理数。图6-2动态应变的波形6.1.2非周期性动态应变6.1.3随机性动态应变随机性动态应变属于非确定性应变，其变化规律不能用确定的数学关系描述。例如，因机床加工零件时的振动而产生的动应变，因车辆在道路上行驶时的振动而产生的动应变等，均属于随机性动态应变。对随机性动态应变，虽然无法预测其在未来时刻的数值；且在进行重复测量时，所得到的记录都是互不相同的，似乎毫无规律；但大量重复实验的数据表明存在着一定的统计规律性，可以用概率统计的方法描述和分析。

3、在对这类应变进行重复测量时，每次所得到的结果都是相同的。对于非确定性应变，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，并根据其统计特性进行研究。6.2应变计的动态响应特性和疲劳寿命6.2.1应变计的动态响应特性6.2.2应变计的疲劳寿命6.2.1应变计的动态响应特性构件上应变的传播过程，有两种形式：1)应变波由构件表面经粘接层和基底传播到应变计的敏感栅。2)应变波沿应变计的栅长方向传播。由于应变波在材料中传播速度v是常数，所以根据上式有：1)若给定允许的相对误差和被测动态应变的最高频率max，则可得出应变计允许的最大栅长。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

4、限频率max。2)应变波沿应变计的栅长方向传播。图6-3应变计的动态响应2)应变波沿应变计的栅长方向传播。6.2.2应变计的疲劳寿命动态应变测量时，若测点的应变变化频率较快，测量的时间较长，应变计所经受的应变循环次数也就很多。在这种情况下，要求所选用的应变计具有较高的疲劳寿命。一般的电阻应变计在常温下的疲劳寿命为105106次，动态应变计的疲劳寿命可达107108次。应变计的疲劳寿命与所经受的应变幅值有关，厂家提供的疲劳寿命值是在1000微应变的应变幅值下标定的。所以，如果应变幅值大于1000微应变，则应变计的实际疲劳寿命将低于给定值。试验研究表明，疲劳寿命指标为106次的箔式应变计，若在(1

5、0005000)微应变的应变幅值下工作，疲劳寿命有可能降到2103次左右。6.3动态应变测量的标定6.3.1动态应变测量的仪器系统6.3.2动态测量的标定6.3.1动态应变测量的仪器系统图6-4动态应变测量的仪器系统6.3.2动态测量的标定1.静态标定2.动态标定1.静态标定(1)电标定应变值的电标定，其原理是由标准电阻应变仪或动态电阻应变仪上的标定装置(电路)产生标准电信号，并用这种电信号来模拟标准应变信号，然后传输给记录设备进行记录。(2)机械标定应变值的机械标定，其原理是由一套机械装置直接产生定值标准应变信号，然后用应变仪测量并通过记录设备进行记录，或用数据采集系统进行应变信号采集。(2

6、)机械标定图6-5标定梁a)等截面纯弯曲梁b)等强度梁2.动态标定当测量较高频率(100Hz以上)的动态应变时，最好采用动态标定。动态标定的原理，是使标准试件上某点产生一个简谐规律变化且幅值已知的动应变，它的频率和被测结构动应变的频率相近。将应变计粘贴在标准试件上，并与测量记录仪器连接，便可根据已知的动应变幅值进行标定。6.4动态应变测量中的干扰与防干扰措施6.4.1干扰源的分类及特点6.4.2干扰源的检查6.4.3抑制干扰的措施6.4.1干扰源的分类及特点1.电磁干扰2.静电干扰3.地电压、地电流的干扰4.测量仪器之间的干扰1.电磁干扰应变计的信号是通过测量导线输入应变仪的，数值非常微小(电

7、桥的输出电压通常为毫伏级，有时甚至只有若干微伏)，当外界电磁场变化时，就会受到电磁干扰。根据干扰源的特点，电磁干扰又可以分为：工频干扰，即工业上使用的50Hz交流电造成的干扰；无线电干扰，大功率无线电发射台的强磁场在测量导线中产生感生电流引起的干扰。2.静电干扰当应变计的测量导线和干扰源(例如电力线)之间存在漏电容时，就可能在测量导线中产生静电干扰。3.地电压、地电流的干扰目前的动态应变仪和记录仪大多数用交流市电电源，为了操作人员的安全起见，仪器外壳要接通大地。但在某些工厂，只要相隔几米，地电位差就会高达几伏；在某些风沙大的地区，地电位还会波动，频率为几赫到几千赫，最大幅值为几毫伏。此外，在应

8、变测量现场，如果发生雷电、电力线开闭、电源事故、负载变化时都会产生地电流。4.测量仪器之间的干扰当多台应变仪同时工作时，由于每台应变仪的实际载波频率不完全相同，会产生仪器之间的相互干扰。这种干扰是同时使用多台电阻应变仪进行测试时经常碰到的现象。干扰信号可能是直流、低频、脉冲等，要减小或排除干扰，应当确定干扰信号的种类。如果所测的动应变频率不太高，则高频干扰将使应变测量的记录曲线上附加“高频毛刺”。直流干扰使记录曲线产生零点漂移。低频干扰却往往混在应变信号中难以确定，只有在被测点的应变规律是周期性的并且其频率可以预先知道的情况下，才可能分辨。常见的电源频率干扰，由于它表现为稳定的50Hz及其倍数

9、的频率，所以在频谱分析中可分辨出来。6.4.2干扰源的检查1)首先排除仪器内部等因素造成的干扰，如应变仪本身的漂移、多台仪器之间的干扰等。2)在加载之前，接上测量导线检查仪器是否有输出信号，如果有输出信号，就表明有干扰信号通过应变计及测量导线进入。3)用标准无感电阻代替应变计，如果干扰信号消除，表明干扰就是应变计处进入的，可能是应变计受潮，绝缘电阻下降等原因而引起的地电压、地电流的干扰。4)加载后卸载发现记录结果中有零点漂移，那就表明有直流干扰。6.4.3抑制干扰的措施1.抑制电磁干扰和静电干扰的措施2.抑制地电压、地电流干扰的措施3.抑制测量仪器之间的相互干扰4.其他抑制干扰的措施1.抑制电

10、磁干扰和静电干扰的措施1)将测量导线绞扭，如图6-6a所示。2)因为磁场强度与距离成反比，电源线与测量导线的耦合电容也随距离的加大而减小，因此尽量增大测量导线与干扰源之间的距离，或者改变测量导线的方向，将它与电力线垂直，就可以减小电磁干扰和静电干扰。3)尽可能地缩短测量导线的长度。1.抑制电磁干扰和静电干扰的措施图6-6测量导线防干扰a)测量导线绞扭防电磁干扰b)测量导线金属屏蔽套防静电干扰2.抑制地电压、地电流干扰的措施1)信号电路必须一点接地。2)如果应变仪使用电池供电，可以将屏蔽套接仪器外壳，但都不接地，称为“浮空”。3.抑制测量仪器之间的相互干扰要抑制测量仪器之间的相互干扰，必须强迫各

11、台应变仪载波频率同步，一般应变仪都有这样的接线端子和联接器。如果应变仪之间的载波频率相差太大时，将无法同步，这时应首先调整应变仪的振荡频率，使它们接近，然后接上同步线。但是同步的应变仪台数不宜过多，否则达不到同步目的，反而使应变仪无法工作。如果测量时使用的应变仪的台数很多时，应当将应变仪分组，每组内的几台同步，同步线要尽量短，且尽量避免与电源线平行布线。同时各组的测量导线要隔开，最好在每一组测量线外增加一层屏蔽层，这样处理后，即可达到抑制多台电阻应变仪同时工作的相互干扰。4.其他抑制干扰的措施1)如果采取措施后，应变信号中仍有较明显的干扰，且干扰频率范围在被测的动态应变信号频率范围之外，则可以

12、使用滤波器将干扰信号滤除。2)如果确定了干扰的来源，应当对干扰源采取屏蔽、接地等措施。6.5动态应变的记录曲线与修正1.零线的修正2.应变测量值的修正6.5动态应变的记录曲线与修正图6-7动态应变记录曲线1.零线的修正图6-8零线的修正1实测记录曲线2修正后曲线2.应变测量值的修正在动态应变测量中，若应变值的标定采用电标定方法，对应变测量值h的修正计算，与静态测量时一样，根据应变计的电阻值与应变仪的设计电阻值不一致、应变计的灵敏系数与应变仪的灵敏系数不一致及用较长的测量导线等因素，按5.5节中的方法进行。如果应变值的标定不是采用应变仪的电标定，而是采用机械标定，则由于在进行机械标定时，所用应变计的型号以及连接导线的规格、长度均和测量时所用的相同，因而可不必再进行上述的各项修正。6.6动态应变的数据分析6.6.1周期性应变信号6.6.2瞬变性应变信号6.6.1周期性应变信号6.6.1周期性应变信号6.6.1周期性应变信号图6-9周期性应变信号的波形图曲线6.6.2瞬变性应变信号6.6.2瞬变性应变信号6.6.2瞬变性应变信号6.6.2瞬变性应变信号