《实验应力分析电测法动态应变测量课件.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验应力分析电测法动态应变测量课件.（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五讲 动态应变测量 5-1 动态应变的类型 构件处在一定的运动状态 动态应变产生的原因： 承受的载荷按一定的规律变化 动态应变的类型 动态应变 简谐周期性 复杂周期性 瞬变性 准周期性 周期性 非周期性 随机性 确定性 非确定性 一般表达形式 1简谐周期性动应变 一、周期性动态应变 式中： T 变化周期n 任意整数 t y(t) o T （51） （52） 2复杂周期性动应变 t y(t) o T 复杂周期信号的包括基波频率与各高次谐波的频率，即 （53） （n=1,2,) 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 t y(
2、t) o t y(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。 三、随机性动态应变 特点： t y(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 5-2
3、 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 t y(t) o xA l （54） （55） A 点读数应变为 栅长中点 A 处的应变值相对误差为 t y(t) o xA l 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。 （55） （56） （57） （58） 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 （59） 1）若给定允许的相对误差 和被测动态应
4、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 （59） 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 0200Hz 动态应变计 0200kHz 超动态应变计 200kHz 磁带记录仪频谱分析
5、仪 笔式记录仪 存储式示波 动态数据采集分析系统 虑 波 器 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 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 二、干扰源的检查
6、 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 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
7、测量导线长度 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 1 B 时标 零线 记录曲线后标定记录 H 2 H 3 H 4 h 1 h 2 b 周期B 周期记录长度 （510） （511） 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 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
8、12） （513） （514） （515） 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。 （516） （517） t10ti tN-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 （518） （519） （520） （521） 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 。 二、瞬变性
9、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（522)并合并右边项，则有 （522） （523） （524） 由式（514)、（515）和（523），可得 （525） Cn 为 复数频谱分量，写成 （526） （525） 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 （527） 称为 信号的频谱密度。 这时式（524)求和运算变为积分运算 （524） （528） 称为 的傅里叶几分变换。 称为 的傅里叶逆变换。有 （529） 模与 幅角分别称为应变信号的幅值谱密度和相 位谱密度。 实测应变信号曲线的计算只能在 0T 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 （530） 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 （531） 式中， 为信号在频率 处的频谱密度。 这样，变换为
