实验力学实验指导书1(带图紧凑版)(3)

实验六 动态应变测量

静载荷作用下所产生的变形和应力，这种应力称为静载应力，简称为静应力。静应力的特点，一是与加速度无关；二是不随时间的改变而变化。工程中一些高速旋转或者以很高的加速度运动的构件，以及承受冲击物作用的构件，其上作用的载荷，称为动载荷，构件上由于动载荷引起的应力，称为动应力。工程结构中还有一些构件或零部件中的应力虽然与加速度无关但是，这些应力的大小或方向却随着时间而变化，这种应力称为交变应力。具有一定速度的运动物体，向着静止的构件冲击时，冲击物的速度在很短的时间内发生了很大的变化，即冲击物得到了很大的负值加速度，同时冲击物这冲击力也施加于被冲击的构件上，这种力工程上称为冲击力或冲击载荷。本实验即梁受交变载荷时的动应力测试实验。

梁受交变载荷时的动应力测试实验

一、实验目的

1．掌握动态应变测量的基本方法。

2．学会动态应变仪等动态测试设备的操作。 3．对动态应变曲线进行分析。 二、实验装置与仪器

实验装置及仪器连接如图4.12.1，悬臂梁的自由端固定了一个微型直流电机，电机轴端装有带偏心质量的圆盘，由直流稳压电源给电机供电。电机转动时偏心圆盘产生的离心力使梁振动。通过调节直流稳压电源的输出电压可改变梁的振动频率，当电压变化至某一数值时，悬臂梁振幅最大，此时梁处于共振状态。若继续提高或减小电压值，悬臂梁的振幅均会减小。此时梁所受到的载荷为交变载荷，梁受交变载荷时引起的动应力也就是交变动应力，其某点的应力是随着时间的改变而变化，承受交变应力作用的构件或零部件，大部分都承受着规则或不规则变化的应力。

直流电机应变片R1R2悬臂梁偏心轮补偿片电桥盒动态应变仪数据采集系统

图4.12.1-1 实验装置与仪器框图

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在悬臂梁靠近固定端应变最大，在其上下表面各贴一个应变片，应变片与补偿电阻通过电桥盒组成电桥（本实验可采用半桥、全桥、和两通道半桥三种连接方式），其电桥输出连接动态应变仪，再通过动态数据采集装置可测试动应变。

三、实验方法与步骤

本实验通过对悬臂梁的动应变测定，掌握动态应变仪和动态数据采集设备的操作方法，以及了解仪器各部分的功能。

动态应变仪的接线与调试：

YE3817应变放大器是一种数显式供桥高性能六通道信号调节器，由YE1940显示控制模块和6个YE3817应变放大器模块组成，每个应变通道都配有电桥盒，以动态应变测量为主。

1.桥压选择；2.手动平

衡调节；3.自动平衡调节；4.增益粗调；5.增益微调；6.标定；7.滤波截至频率；8过载指示；9.显示；10.通道选择；11.直流模式；12.交流模式；13.交流正峰值；14.交流负峰值；15.总平衡；16.输出端口。

图4.12.1-2 YE3817应变放大器

（1） 接桥：a.半桥（图a），将电桥盒的 接线柱1和5、3和7、4和8短接，其输出 为悬臂梁上应变片R1的应变曲线。b全桥连 接（图b），其输出为悬臂梁单片应变片的应 变的两倍。两通道半桥连接（图c），可同时 得到应变片R1和R2的两个应变曲线。 接桥后将电桥盒的五芯插头插入应变仪后面

板的电桥插座内；并旋紧。 图4.12.1-3电桥接线方式

（2）接通电源：在接通电源之前，将各开关拨到下列位置，电源“关”；桥压“2V”；通道选择“测量通道”；标定“测”；增益“2k”， 滤波“100”。然后将四芯电源线插入应变仪后面板“电源”插座内，并旋紧。

（3）平衡调节：应变仪接通电源预热五分钟后，将电源开关拨至“开”此时指示灯亮，

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将被调节点拨到需测量的通道，增益档调节至“2k”，数码显示不平衡电压，按自动平衡按钮进行平衡调节，约2秒显示趋于零。一般小于20mV。如需精确平衡时，可用手动微调，输出零点可达1mV以下。测量中如切换桥压，又要求输出平衡，应再进行一次平衡调节，注意：重调平衡时传感器要在卸载的情况下进行，否则自动平衡电路误将传感器应力输出信号作为不平衡输出对待。

（4）设有四档低通滤波器选择时可滤去不感兴趣的频率。 （5）用同样的方法可调节其他通道。

（6）标定调节：标定时应为静态通道有1000με、200με两档标定，标定时其仪表上供桥电压、增益都必须和测量状态保持一致，标定应在测量的前、中、后各进行一次。

（7）测量：标定拨到测处，增益的选择以输出电压上限不超过5V，下限不低于1V，当输出低于或高于该数值，可适当调整增益，使其处于最佳信噪比状态。应变仪即可通过数据采集系统连接进行测量。（注意在平衡调节前应变仪勿与数据采集器连接，以免输出电流过大、电压过高损坏采集卡）。

（8）运行数据采集程序：接通计算机电源，点击桌面的“CRAS”图标，打开“数据采集及处理”，点击“作业”菜单，选择“单通道作业”，自定义作业名，点击“参数设置”进行参数设置，采样频率：512Hz；数据块：2；触发参数：自由运行；电压范围：5000mV；工程单位：mm；校正因子：1；采集控制：“连续采集”“逐页显示”，点击确认进入待测量状态。

（9）测试：1)标定设置：点击“实时示波”菜单进入实时示波状态，静态下调整应变仪平衡，记下计算机屏幕显示出的静态电压值，将标定应变拨为200με，此时应变仪给出200με的标定信号，记下计算机屏幕显示出标定信号对应的电压值，将标定开关拨回测量档。接通电机直流电源，调节调速电位器，使转速缓慢提高，当梁的振幅逐渐变大，小心调至最大值时（即梁的共振状态），点击屏幕右下角的“退出”按钮，退出示波状态，点击“数据采集”菜单采集数据，采集完成后，将调速电位器旋至最小，切断电机电源，点击“波形显示”得到固定时域图。

（10）数据处理与分析

根据得到的测试时域图和标定值，计算最大应力ε频率f。

max

、最小应力ε

min

及该装置的固有

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A点应变值?

th?200(??)； HHh标定测量 1f?(Hz)

t图4.12.1-4标定与测量时域图

应变片灵敏度系数的修正 由于仪器设置的应变片灵敏度系数为k?2.00，若所贴应变片灵敏度系数不等于2.00时，则要对测量值进行修正。

?'?2.00?? kc式中：?'为修正后的测量值，kc为应变片的灵敏度系数。 桥路结构的修正 半桥时（有2片应变片工作），修正后的测量值?'?片应变片工作），修正后的测量值?'?四、实验报告

根据记录的应变曲线分析计算悬臂梁的最大应变值及固有频率。 讨论动态应变测量有那些特点？影响动态测量的精度有那些因素。

?2，全桥时（有4

?4。

实验七 旋转件应力测量

一、实验目的

1．测量受力试件旋转时测点处交变应力的最大应力?max最小应力?min及频率f。 2．掌握动态电阻应变仪的使用和用计算机进行动态数据采集及数据处理的方法。 二、实验装置与仪器 1．旋转件应力测量实验台； 2．YD-21型动态电阻应变仪；

3．微型计算机及数据采集卡（已装于计算机内）； 4．打印机。 三、原始数据

试件直径d?12mm，材料45钢，弹性模量E=206GPa。应变片灵敏系数K?2.19，应变仪灵敏系数K仪?2.00。

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四、实验装置

本实验在《旋转件应力测量实验台》上进行，实验台结构如图1所示。

1．试件及应变信号引出

试件（9）左端的锥柱与芯轴（图中未画出）的锥孔用螺钉拉紧相连成为一体，芯轴与轴承座（6）内部的两个滚珠轴承配合形成固定端，试件的右端自由，故试件为一悬臂梁，在试件靠近固定端的部位对称地粘贴了两个应变片（7）。应变片的引线通过试件中心的小孔连接到集流环（3）的转子上，集流环中的碳刷将信号从旋转的转子引到信号输出插座（1）上。

2．加载

试件的自由端装有轴承及滑块，当旋动加载螺钉（10）并向下压滑块时，试件自由端产生挠度，即实现了对试件加载。试件测点处的应变大小由动态电阻应变仪的显示屏监视。定位螺钉（12）与上加载螺钉并紧后，可保持载荷稳定。

3．产生交变应力

向上拨电源开关（14），接通。顺时针方向调节面板上的调速电位器（15），数字电压表（13）显示的电机驱动电压逐渐增大。安装于机箱（16）内部的直流电动机启动，转速由慢变快。通过皮带（5）、皮带轮（4）带动试件旋转。电动机的驱动电压应控制在80-90伏范围内。试件每转动一周，试件的应力呈正弦规律变化一次。

五、数据采集程序简介

动态信号的采集与数据处理由AD数据采集程序完成。接通计算机电源进入WIN98界面，用鼠标双击“AD”图标，屏幕显示该程序菜单选择画面。用“?、?”方向键选择菜单项，用“?、?”选择下拉菜单。通过“Enter”键确认，“Q、Esc”键退出。

A．设置参数

（1）文件名 输入1-8位字母或数字命名的文件名，按Enter键或方向键确认。

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