1、測試技術三級項目懸臂梁在動態力作用下梁身應變測試 學院：車輛與能源學院班級：車輛13-01班姓名：王浩 孫要強 李艷閣指導教師：劉豐日期：2016-07-05摘要通過機械工程測試技術基本實驗的學習實踐，掌握了機械工程測試技術的基本試驗方法。本實驗是對基本測試方法的一次綜合訓練過程，通過對具體所要測試機械裝備的工作狀態進行分析、了解要測試的對象，最終確定測試實驗方案以及選擇要采用的儀器。通過此過程了解靜態、動態信號的采集及數據分析處理過程，熟悉從傳感器到計算機之間各儀器的連接、測試軟件的使用和機械信號測試方法。具體到我們的實驗內容為：懸臂梁在動態力作用下梁身應變測試。關鍵字： 動態力 懸臂梁 應

2、變測試 測試方法前言本次實驗的實驗目的：掌握構件在不同的動態力狀態下，應變測量的方法。此次實驗采用電阻應變測量方法測量應變。電阻應變測量方法是用電阻應變片測定構件表面的應變再根據應變-應力關系確定構件表面應力狀態。工程中常用此方法來測量模型或實物表面不同點的應力它具有較高的靈敏度和精度。由于輸出的是電信號易于實現測量數字化和自動化并可進行遙測。電阻應變測量可以在高溫、高壓、高速旋轉、強磁場、液下等特殊條件下進行此外還可以對動態應力進行測量。由于電阻應變片具有體積小、質量輕、價格便宜等優點且電阻應變測試方法具有實時性、現場性因此它已成為實驗應力分析中應用最廣的一種方法。它的主要缺點就是一個電阻應

3、變片只能測量構件表面一個點在某一個方向的應變不能進行全域性的測量。應變片是一種能把被測試件的應變量轉換成電阻變化量的敏感元件，它一般由基底、敏感柵、覆蓋層和引線四部分組成。把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。現在使用的稱重傳感器、力傳感器，絕大部分都是電阻應變式傳感器。隨著傳感器在科學技術領域、工農業生產以及日常生活中發揮著越來越重要的作用，對傳感器技術的要求也越來越高。一、實驗內容實驗需要對懸臂梁的應變進行測量，所謂的懸臂梁，即一端固定，另一端可以動的彈性元件。應變是描述一點處變形程度的力學量，它是由載荷、溫度、濕度等因素引起的物體局部的相對變形，主要有線應變

4、和切應變兩類。電阻應變片是一種將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化的傳感元件。懸臂梁在偏振電機的不同轉速條件下偏置質量塊產生動態力不同，在不同轉速條件下懸臂梁發生的應變不同。測出梁身動態應變與動態力（電機轉速）之間的關系，再根據機械工程測試技術基本實驗中的應變片靈敏度測定實驗所得到的應變片靈敏度準確得出在不同動態力下梁身發生的真實動態應變。而偏振電機轉速變化是通過給定電壓來實現。試驗中懸臂梁上應變片是沿懸臂梁軸線兩側對稱粘貼，可抵消偏置電機在旋轉過程中對懸臂梁所產生的扭轉力影響。預期結果：開始時隨著電壓的增加偏置電機轉速隨之增加，懸臂梁振幅增大，應變增加。當偏置電機與懸臂梁產生共振現象時懸臂梁

5、振幅最大，偏置電機轉速在增加時，振幅變小。二、實驗原理和方法 1、應變片的工作原理（1）應變片的工作原理電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發生變化。變化值和應變片粘貼的構件表面的應變成正比，最后通過測量儀器測電阻變化，進而得到構件表面的應變。現在對金屬絲電阻與應變之間的關系作以下簡單分析。由物理學可知，長度為L、橫截面積為A和電阻率為的均勻金屬絲，其電阻值R由下式給出： （1）當金屬絲受到軸向拉伸（或壓縮）作用時，其電阻值R的變化，可由式（1）的微分得到，對式（1）進行微分，并除以總電阻R，得 （2）

6、式中：為導線長度的相對變化，即應變；dA為金屬絲中橫向應變所造成的橫截面面積的改變。由于橫向應變等于-，如果把金屬絲受軸向應變之前的直徑記為,那么受應變以后的直徑為： （3）式中：為金屬絲材料的泊松比。由式（3）可得 （4）將上式代入式（2）得 （5） 令 （6）于是 （7）稱為單根金屬絲的應變靈敏系數。式（7）表明了金屬絲的電阻變化率與其軸向應變之間的關系，如果為常數，則關系為線性的。應變片就是利用金屬絲的這種電阻應變效應制成的。式（5）表明，導體（如金屬絲）的應變靈敏度是由兩個因素引起的，一個是導體尺寸的改變，由（）項來表示；另一個是電阻率的改變，由項來表示。（2）電阻應變片的構造 電阻應

7、變片一般由敏感柵、引線、基底、覆蓋層和粘結劑構成，其構造簡圖如圖1。 敏感柵是用金屬絲制成的應變轉換元件，是構成電阻應變片的主要部分。為了使應變片有足夠的電阻值，把一定長度的金屬絲做成柵狀。 引線作為測量敏感柵電阻值時與外部導線連接之用，一般采用直徑0.150.3mm的鍍銀、鍍錫或鍍合金的軟銅絲。制片時先將其與敏感柵焊接在一起。因為敏感柵直徑比引出線細得多，焊接處容易折斷，使用時必須特別小心。 基底的作用是保持敏感柵的幾何形狀和相對位置，而蓋層是用來護敏感柵的。基底必須能保證金屬絲和被測試件之間的絕緣，并且要求基底有一定的機械強度、熱穩定性及易于粘貼。 粘貼劑是用來將敏感柵固結在覆蓋層和基底之

8、間的，粘結劑粘結強度要高，絕緣性要好。 圖1 電阻應變片基本構造示意圖2、實驗裝置這里采用電阻應變片靈敏度測定時使用的等強度梁其應變片布置如下圖。我們采用在懸臂梁自由端固定一偏置激振用微型直流電機來產生動態力，并通過改變施在電機上的電壓來改變其轉速進而實現不同動態力的要求。激振用微型直流電機一端貼有反光片方便我們測量其實時轉速。這里我們還用到YD-28型動態電阻應變儀，DASP應用軟件、計算機、DH5922型動態信號測試系統、直流電源、組橋用連接導線數根。三、實驗內容及步驟1、根據下圖組裝全橋電路2、打開儀器、計算機，打開DASP應用軟件，實驗通道選擇默認即可。在設置完通道參數，正式開始采樣前

9、，一般需要對通道進行平衡。可以通過控制工具欄上的平衡按鈕和清零按鈕實現。然后進行通道子參數設置，點擊通道子參數下的橋路類型，從下拉菜單中選擇方式六，其后各參數默認方式六的即可。3、下面開始測量，改變直流電壓，電機轉動，測量轉速，當轉速穩定下來時，點擊軟件的暫停按鈕，記錄下最大值及最小值。增大直流電壓，重復以上過程三次，將實驗數據記錄在表格中。轉速r/min應變最大值最小值11361.822.963-26.17221781.018.604-18.53631839.819.520-19.99942171.842.599-45.94552325.883.290-83.023四、注意事項1、 注意應變

10、片的保護，要做好應變片的防潮、防濕工作，確保在應變片烘干后進行測量。2、 實驗中應當注意儀器的保護，并在老師的正確指導下進行儀器的操作，特別是應變片的安裝。3、 實驗后應把儀器歸類放好，并整理實驗臺。五、分析說明及結論從實驗結果可知，隨著動態力（這里具體表現為轉速）的增加懸臂梁應變增加。當達到共振點時，振幅變大，因此我們測量時的最初轉速剛剛在共振點附近。根據所得應變值正負最大值可知，全橋法測量應變是近似對稱的。六、實驗心得在此次實驗中，實驗老師詳細的為我們講解了測量懸臂梁應變如何布片，跟我們理論推導了應變片的工作原理，其中應用了大量的高數知識，在實驗過程中，我們的軟件打開后總是不能正常工作，這也有我們對軟件不熟悉的原因，不知道如何操作。老師幫助解決這個問題后，我們開始了正常的測量，在實驗中我們分工明確，團結協作，在很短的時間內就將實驗數據記錄完全。可以說這是一次比較成功的實驗 通過測試技術這一系列的實驗，我覺得對每個成員有很大幫助，通過這次三級項目，讓我認識到具備扎實的理論知識是非常重要的，擁有豐富的理論知識才能更好的去指導實驗。由于知識往往不是獨立的，因此需要對知識融會貫通。如在懸臂梁在動態力作用下梁身應變測試的過程中，涉及傳感器，測試電路，誤差理論分析，材料力學等學科。在前幾次的實驗過程中，我們小組的成員就已經提前開始關注各種實驗方案的設計，對每個實驗都會投入一定的思考