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1、第第5章章 动态应变测量动态应变测量动态应变动态应变： 随时间变化的应变。随时间变化的应变。动态应变测量的特点动态应变测量的特点: 必必须须将将应应变变随随时时间间变变化化的的过过程程记记录下来，然后利用适当的方法分析研究。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产生动态应变的原因可以是载荷随时间的产生动态应变的原因可以是载荷随时间的变动，变动，也可以因构件的运动。也可以因构件的运动。 动态应变按时间变化的性质动态应变按时间变化的性质可分为确定性和非确定性。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应变随时间变化的规律能够用数学关系式描述的
2、称描述的称确定性确定性。 确定性的动态应变，又分周期性和非周期确定性的动态应变，又分周期性和非周期性动态应变。性动态应变。非确定性动态应变非确定性动态应变也称随机性应变。也称随机性应变。 周期性动态应变周期性动态应变 一个复杂周期性应变可用一个复杂周期性应变可用富里叶级数富里叶级数表示：表示：一一个个复复杂杂周周期期性性应应变变可可看看成成由由一一个个静静态态分分量量 和和无限个谐波的余弦分量无限个谐波的余弦分量组成。组成。 常应变基频波各谐波频率之间存在最小公倍数瞬变性应变(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，由于机械碰撞或爆炸压力在构件上产
3、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，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。相当大，因而，在测试分析中要给以足够重视。研究方法研究方法确定性应变确定性应变选择相应频率响应的选择相应频率响应的测试系统，真实记录测试系统，真实记录应变
4、变化历程，进行应变变化历程，进行频谱分析，确定各谐频谱分析，确定各谐波的频率与幅值波的频率与幅值随机性应变随机性应变选择频率响应范围足选择频率响应范围足够宽的测量记录系统，够宽的测量记录系统，进行必要的大量重复进行必要的大量重复实验，利用概率统计实验，利用概率统计的方法来解决构件的的方法来解决构件的强度问题。强度问题。 应变片的动态响应应变片的动态响应在静态测量时在静态测量时,通常认为应变片对结构的响通常认为应变片对结构的响应是应是立即立即的的.用电阻应变计测量动态应变时，要考虑构用电阻应变计测量动态应变时，要考虑构件件表面瞬时应变表面瞬时应变与与应变计同一瞬时测得的应变计同一瞬时测得的应变间
5、应变间的响应关系。的响应关系。原因原因结构的应变是通过结构的应变是通过应变片的基底应变片的基底和和胶层胶层传给应变片传给应变片的敏感栅的的敏感栅的. 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，但受到粘结剂层对应变波中高次谐波的衰减作用，但因因基底很薄，粘结剂层很薄基底很薄，粘结剂层很薄(小于小于0.2mm)，敏感栅，敏感栅对应变的响应时间很短对应变的响应时间很短(约约0.1us,通常应力波的传播通常应力波的传播速度为速度为2000m/s)，因此，因此,认为是实时响应。但是应认为是实时响应。但是应变片的敏感栅有一
6、定长度变片的敏感栅有一定长度,因此只需考虑构件因此只需考虑构件应变应变沿应变计栅长方向传播时沿应变计栅长方向传播时应变计的动态响应应变计的动态响应 设设频频率率为为f的的正正弦弦应应变变以以速速度度V在在构构件件中中沿沿应应变变片片栅栅长长方向传播，在某时刻应变沿构件表面的分布如图所示。方向传播，在某时刻应变沿构件表面的分布如图所示。用弧度代替长度用弧度代替长度x： =2 x/ 为应变波长，为应变波长， V/f， 令应变片栅长令应变片栅长L相当弧度角相当弧度角2 ，有：，有：2 2 L/ 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0t t(中点中点)2(L)2()设定时间t，
7、应变波沿构件表面的分布为：()=0sin应变片中点的应变为：t=0sint应应变变片片测测得得的的应应变变是是栅栅长长2 范范围围内内的的平平均均应应变变 a ，等等于于横横坐坐标标从从（ t- ）到到（ t+ ）之之间间应应变变波波曲曲线线之之下下的的面面积除以应变片栅长积除以应变片栅长2 ：平均应变与应变片中点应变的相对误差为：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例如例如 L=5mm V =5000m/s (Steel ) f=55000Hze=0.5%选择应变片标距选择应变片标距 L 的公式即为的公式即为 动态应变测量系统动态应变测量
8、系统动应变测量需解决的问题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 动态测量的标定动态测量的标定标定的方法可分为：静态标定和动态标定标定的方法可分为：静态标定和动态标定1.静态标定静态标定1）电标定）电标定:由标
9、定装置（电路）产生标准电信号来模拟标由标定装置（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。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）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法只能用于采用120的的应变计。b）采用在）采用在测量量电路之外路之外设置置标定定电路，并在路，并在桥臂上并臂上并联标准准电阻的方法。可在阻的方法。可在测量量时随随时标定。定。2）机械）机械标定定 :由外部的机械装置直接由外部的机械装置直接产生定生定值标准准应变信信号，并用号，并用记录设备进行行记录。这种方法精度高，但种方法精度高，但设备和和
10、操作都操作都较复复杂，且不能随，且不能随时标定。定。2.动态标定定测量量频率率较高高时，最好采用，最好采用动标定。由外部定。由外部设备的某点的某点产生于被生于被测信号信号频率接近的已知率接近的已知标准信号。准信号。动态应变测量中的干扰与防干扰措施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与静态相比,动态测量的特点动态测量的特点基本原理相同基本原理相同粘贴技术粘贴技术/温度补偿温度补偿/防潮处理防潮处理/对导线的处理和接对导线的处理和接桥方法相同桥方法相同构造与记录不同构造与
11、记录不同:动态应变仪是多通道动态应变仪是多通道,每一通道每一通道独立独立. 动态测量仪器的选用动态测量仪器的选用,应根据被测信号的类型应根据被测信号的类型/特特点点/测量要求测量要求除爆炸除爆炸/高速冲击外高速冲击外,对于对于10KHZ以下的动应变以下的动应变,可以采用动态电阻应变仪可以采用动态电阻应变仪需要标定需要标定动态应变波形图与分析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，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。正标定正标定负标定负标定1.零线的修正零线的修正在记录时间
12、较长时，零线有漂移时，需要修正。在记录时间较长时，零线有漂移时，需要修正。2. 应变测量值的修正应变测量值的修正若标定采用电标定方法时，它一般是以若标定采用电标定方法时，它一般是以K=2为准的。与静为准的。与静态修正一样，态修正一样，实=2/K实读对于用外部于用外部设备机械机械标定的，定的，则不需要再修正。不需要再修正。动态应变的数据分析动态应变的数据分析1周期应变信号周期应变信号根据波形图除前述确定幅值，和频率根据波形图除前述确定幅值，和频率f1外，还外，还需计算其频谱需计算其频谱2，瞬变性应变信号，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可以把它看成周期T趋近于无穷大时的周期信号，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。分析方法。作业作业设在一个钢制构件内作用着角频率设在一个钢制构件内作用着角频率=1.256106弧度弧度秒的动应变秒的动应变= 0sint，若用一标距，若用一标距=3mm 的应的应变片来测试，则其相对误差为多少？变片来测试，则其相对误差为多少？
