动态应变的测量

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1、第5章 动态应变测量 动态应变： 随时间变化的应变。 动态应变测量的特点: 必须将应变随时间变化的过程记 录下来，然后利用适当的方法分析研究。 产生动态应变的原因 产生动态应变的原因可以是载荷随时间的 变动， 也可以因构件的运动。 动态应变按时间变化的性质可分为确定性和非确定性。应变随时间变化的规律能够用数学关系式 描述的称确定性。确定性的动态应变，又分周期性和非周期 性动态应变。非确定性动态应变也称随机性应变。 周期性动态应变 一个复杂周期性应变可用富里叶级数表示 ： 一个复杂周期性应变可看成由一个静态分 量 和无限个谐波的余弦分量组成。 常应变基频波各谐波 频率之 间存在 最小公 倍数瞬变

2、性应变(冲击) StraintStraint由于机械碰撞或爆炸压力在构件上产生的应变属瞬态应变， 它是由于载荷的瞬时突变所产生的。瞬态应变是不能用 离散谱表示的，这种瞬态应变只能用富里叶积分表示， 因此其频谱图不能用离散谱表示，而是连续谱，它的谐 波频率是连续变化的，而且其高频分量所占的比重可以 相当大，因而，在测试分析中要给以足够重视。研究方法 确定性应变 选择相应频率响应的 测试系统，真实记录 应变变化历程，进行 频谱分析，确定各谐 波的频率与幅值 随机性应变 选择频率响应范围足 够宽的测量记录系统 ，进行必要的大量重 复实验，利用概率统 计的方法来解决构件 的强度问题。应变片的动态响应

3、在静态测量时,通常认为应变片对结构的响 应是立即的. 用电阻应变计测量动态应变时，要考虑构 件表面瞬时应变与应变计同一瞬时测得的 应变间的响应关系。原因 结构的应变是通过应变片的基底和胶层传给应变片 的敏感栅的. 一般虽然在构件应变波传递到敏感栅的过程中会 受到粘结剂层对应变波中高次谐波的衰减作用，但 因基底很薄，粘结剂层很薄(小于0.2mm)，敏感栅 对应变的响应时间很短(约0.1us,通常应力波的传播 速度为2000m/s)，因此,认为是实时响应。但是应 变片的敏感栅有一定长度,因此只需考虑构件应变 沿应变计栅长方向传播时应变计的动态响应 设频率为f的正弦应变以速度V在构件中沿应变片栅长

4、方向传播，在某时刻应变沿构件表面的分布如图所示 。 用弧度代替长度x：=2x/ 为应变波长，V/f， 令应变片栅长L相当弧度角2 ，有：22L/速度v栅长方向 X ()正弦应变波频率f某一时刻t的 应变分布应变0tt(中点) 2 (L)2() 设定时间t ，应变波沿构件表面的分布 为： ()=0sin 应变片中点的应变为： t=0sint 应变片测得的应变是栅长2范围内的平均应变 a ，等于横 坐标从（t-）到（t+）之间应变波曲线之下的面积除以 应变片栅长2 ： 平均应变与应变片中点应变的相对误差为： e=(t-a)/ t=1-sin/=2/6 例如 L=5mm V =5000m/s (St

5、eel ) f=55000Hz e=0.5%选择应变片标距 L 的公式即为 动态应变测量系统动应变测量需解决的问题波形分析、频率和应变大小的测定0-10KHZ磁带 记录仪0-5KHZ光线 示波器频谱分析仪动态数据采 集分析系统0-80HZ笔录 式记录器储存示波器动态测量的 仪器系统 静动态应变 仪 0-200HZ动态应变仪0- 10KHZ超动态应变 仪 200KHZ滤 波 器应变片只需要测量动态应变在某一频带中的谐波分量时,选 用相应频带的带通滤波器只需要测量低于某一频率的谐波分量时,选用相应截 至频率的低通滤波器动态测量的标定 标定的方法可分为：静态标定和动态标定 1.静态标定 1）电标定:

6、由标定装置（电路）产生标准电信号来模拟标准 应变信号，然后传输给记录设备。 a）采用在测量电桥桥臂上并联标准电阻。注意这种标定方 法只能用于采用120的应变计应变计 。 b）采用在测测量电电路之外设设置标标定电电路，并在桥桥臂上并联联 标标准电电阻的方法。可在测测量时时随时标时标 定。 2）机械标标定 :由外部的机械装置直接产产生定值标值标 准应变应变 信 号，并用记录设备进记录设备进 行记录记录 。这这种方法精度高，但设备设备 和操作都较较复杂杂，且不能随时标时标 定。 2.动态标动态标 定 测测量频频率较较高时时，最好采用动标动标 定。由外部设备设备 的某点 产产生于被测测信号频频率接近的

7、已知标标准信号。动态应变测量中的干扰与防干扰措施 干扰的分类及特点 1、电磁干扰 工频干扰； 无线电干扰 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 抑制干扰的措施与静态相比,动态测量的特点 基本原理相同 粘贴技术/温度补偿/防潮处理/对导线的处理和接 桥方法相同 构造与记录不同:动态应变仪是多通道,每一通道 独立. 动态测量仪器的选用,应根据被测信号的类型/特点 /测量要求 除爆炸/高速冲击外,对于10KHZ以下的动应变,可 以采用动态电阻应变仪 需要标定动态应变波形图与分析 动态应变测量的结果是记录应变波， 图上有应变幅值和时间的比例标记， 波形图上幅高h对应的应变值，

8、 H取记录前后标定的平均值， 对于正、负幅标不等的情况，则对正应变取正幅 标，负应变取负幅标。 正标定负标定 1.零线的修正 在记录时间较长时，零线有漂移时，需要修正。 2. 应变测量值的修正 若标定采用电标定方法时，它一般是以K=2为准的。与 静态修正一样，实实=2/K实实读读 对对于用外部设备设备 机械标标定的，则则不需要再修正。动态应变的数据分析1周期应变信号根据波形图除前述确定幅值，和频率f1外，还 需计算其频谱2，瞬变性应变信号瞬变性应变信号属于非周期性应变信号，其时 间历程不能展开成上述傅里叶级数形式，但是 可以把它看成周期T趋近于无穷大时的周期信号 ，并且由此可得到傅里叶积分的形式.关于动态信号的分析，在振动测试与分析课中已学过有关 分析方法。作业 设在一个钢制构件内作用着角频率=1.256106弧度 秒的动应变= 0sint，若用一标距=3mm 的应 变片来测试，则其相对误差为多少？