2022年机械工程测试技术三级项目报告 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 机械工程测试技术三级项目报告题目：等强度悬臂梁的动态响应测量与数据分析班级： 13 级机械装备 -2 班小组成员：才旺李同孙向男指导老师：胡福泰2022 年 7 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1、摘要 . 2、前言 . 3、正文 . 等强度悬臂梁工作原理 . 3.2 应变片的工作原理 . 3.3 电测法基本原理 . 试验内容及步骤 . .11 试验数据记录及试验结果.12 3.6 留意事项 . 13 3.7 试验分析说明及结论 .13 4、心得 .14 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要本试验目的在于把握在不同的动态力作用下应变测量方法,是对基本测试方法的一次综合训练过程,通过对详细所要测试机械装备的工作状态进行分析、 明白要测试的对象, 最终确定测试试验方案以及 挑选要采纳的仪器； 通过此过程明白静态、 动态信号的采集及数据分析处理过程, 熟识从传感器到电脑之间各仪器的连接、测试软件的使 用和机械信号测试方法；关键字：动态力悬臂梁应变测试软件帮助测量0 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 前言本次试验的试验目的是把握在不同的动态力状态下,应变测量的方法；试验内容是悬臂梁在动态力作用下梁身应变的变化；此次试验采纳电阻应变测量方法测量应变；讨论强度问题可以有两种途径：理论分析和试验应力分析； 试验应力分析是用试验方法来分析和确定受力构件的应力、应变状态的一门科学,通过试验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和牢靠性,并且可以到达削减材料消耗、降低生产成本和节省能源的要求；试验应力分析的方法很多,有电测法、光测法、机械测量方法等；本试验主要是利用电测法；电测法有电阻、电容、电感测试等多种方法, 其中以电阻应变测量方法应用较为普遍；电阻应变测量方法是用电阻应变片测定构件外表的应变,再依据应变应力关系确定构件外表应力状态； 工程中常用此方法来测量模型或实物外表不 同点的应力,它具有较高的灵敏度和精度；由于输出的是电信号,易 于实现测量数字化和自动化, 并可进行遥测； 电阻应变测量可以在高 温、高压、高速旋转、强磁场、液下等特殊条件下进行；此外仍可以 对动态应力进行测量；由于电阻应变片具有体积小、质量轻、价格廉 价等优点,且电阻应变测试方法具有实时性、现场性,因此它已成为试验应力分析中应用最广的一种方法；它的主要缺点就是： 一个电阻应变片只能测量构件外表一个点在某一个方向的应变,不能进行全域性的测量；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电阻应变测量方法是用电阻应变片测定构件外表的应变再依据应变应力关系确定构件外表应力状态；工程中常用此方法来测量模型或实物外表不同点的应力它具有较高的灵敏度和精度；由于输出的是电信号易于实现测量数字化和自动化并可进行遥测；电阻应变测量可以在高温、高压、高速旋转、强磁场、液下等特殊条件下进行此外仍可以对动态应力进行测量；由于电阻应变片具有体积小、质量轻、价格廉价等优点且电阻应变测试方法具有实时性、现场性因此它已成为试验应力分析中应用最广的一种方法；它的主要缺点就是一个电阻 应变片只能测量构件外表一个点在某一个方向的应变不能进行全域 性的测量；应变片是一种能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的 敏锐元件,它一般由基底、敏锐栅、掩盖层和引线四部分组成；把一 根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变 片；现在使用的称重传感器、力传感器,绝大部分都是电阻应变式传 感器；随着传感器在科学技术领域、 工农业生产以及日常生活中发挥 着越来越重要的作用,对传感器技术的要求也越来越高；试验需要对悬臂梁的应变进行测量, 所谓的悬臂梁,即一端固定,另一端可以动的弹性元件； 应变是描述一点处变形程度的力学量,它 是由载荷、温度、 湿度等因素引起的物体局部的相对变形,主要有线 应变和切应变两类； 电阻应变片是一种将机械构件上应变的变化转换 为电阻变化的传感元件；悬臂梁在偏振电机的不同转速条件下偏置质量块产生动态力不同,在不同转速条件下悬臂梁发生的应变不同；2 测出梁身动态应变与名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动态力之间的关系, 再依据机械工程测试技术基本试验中的应变片灵 敏度测定试验所得到的应变片灵敏度精确得出在不同动态力下梁身 发生的真实动态应变；而偏振电机转速变化是通过给定电压来实现；试验中悬臂梁上应变片是沿悬臂梁轴线两侧对称粘贴,可抵消偏 置电机在旋转过程中对悬臂梁所产生的扭转力影响；我们需要明白和试验有关的原理学问和仪器设备的使用的学问,通过试验结果来分析动态力和应变的关系,并最终得出结论；进行测量数据、 分析结果预期结果： 开头时随着电压的增加偏置电机转速随之增加,悬臂梁振幅增大, 应变增加； 当偏置电机与悬臂梁产生共振现象时悬臂梁振幅最大,偏置电机转速再增加时,振幅变小；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 正文结构在承担动载作用或强迫振动时,结构上各点的应变随时间改变而变化,这种应变成为动应变；例如：汽车在行驶中、机床在加工 时,其上面的很多构件及部件都承担着动载荷的作用,它们所产生的 应变是动应变；在电阻应变测量中, 动态应变测量与静态应变测量不同；静态应 变不随时间变化, 可以直接读取或将数据打印出来；而动态应变随时 间转变而发生变化, 必需通过记录仪器进行实时记录或储备,然后进行信号处理； 动态应变不但要测量其应变幅值,仍要测量其随时间的变化规律, 或者测量其变化频率； 不失真地记录动态应变是保证测量 精度的基础； 在电阻应变测量技术中, 动态应变与静态应变的测量基 本相同,只是测量系统有差异；由于被测应变的频率不同,各种动态应变记录仪器的频率适用范畴都有限制,因此应依据动应变频率范畴挑选合适的仪器； 除此之外仍需考虑仪器之间的阻抗匹配以及数据处 理方式；本次试验装置是由加载装置、 动态应变测试系统以及电脑三部分 组成；在悬臂振动梁上安装一个带有偏心质量块的可调速小马达；如欲测量其某截面在振动过程中的应变,可依据需要在梁截面的上下外表沿轴线分别贴上应变计； 当启动马达时, 由于偏心质量块的旋转所 产生的离心力作用, 使简支梁发生振动, 在梁的垂直方向上产生了一个按正弦规律变化的周期性动载荷；逐步提高马达的转速, 当马达的转速接近梁的固有频率时, 梁产生共振, 此时梁及梁上测点将产生较 大的振幅和动应变； 将机械应变信号通过电桥盒输入动态应变测试系 统,再通过电脑对信号进行分析和处理；等强度悬臂梁工作原理以弯曲为主要变形的杆件称为梁；一端固定, 另一端自由的梁为悬臂梁；为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同随着弯矩的大小相应 地转变截面尺寸以保持相同强度,这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁；等强度悬臂梁试验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、调剂螺钉和加载砝码等组成； 本试验用电测法测量等强度悬臂梁的应 变；4 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1 等强度悬臂梁基本构造示意图应变片的工作原理1电阻应变片的构造 电阻应变片一般由敏锐栅、引线、基底、掩盖层和粘结剂构成,其构造简图如图 1； 敏锐栅是用金属丝制成的应变转换元件,是构成电阻应变片的主要部分； 为了使应变片有足够的电阻值,栅状；把肯定长度的金属丝做成 引线作为测量敏锐栅电阻值时与外部导线连接之用,一般采纳 直径的镀银、 镀锡或镀合金的软铜丝； 制片时先将其与敏锐栅焊接在 一起；由于敏锐栅直径比引出线细得多,焊接处简洁折断,使用时必 须特殊当心； 基底的作用是保持敏锐栅的几何外形和相对位置,而盖层是用 来护敏锐栅的； 基底必需能保证金属丝和被测试件之间的绝缘,并且 要求基底有肯定的机械强度、热稳固性及易于粘贴； 粘贴剂是用来将敏锐栅固结在掩盖层和基底之间的,粘结剂粘 结强度要高,绝缘性要好；图 2 电阻应变片基本构造示意图5 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2电阻应变片的工作原理电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应,即金属导体在外力作用下发生气械变形时,其电阻值随着所受机械变形 伸长或缩短 的变化而发生变化；变化值和应变片粘贴的构件外表的应变成正比,最终通过测量仪器测电阻变化,进而得到构件外表的应变；现在对金属丝电阻与应变之间的关系作以下简洁分析；由物理学可知,长度为 L、横截面积为 A 和电阻率为 的匀称金属丝,其电阻值 R由下式给出：R L1A当金属丝受到轴向拉伸或压缩作用时,其电阻值 R的变化,可由式 1的微分得到,对式 1进行微分,并除以总电阻 R,得R L A2R L A式中：dL L为导线长度的相对变化,即应变；A 为金属丝中横向应变所造成的横截面面积的转变；由于横向应变等于- ,假如把金属丝受轴向应变之前的直径记为 为：D , 那么受应变以后的直径D'1D3 式中：A A为金属丝材料的泊松比；由式3可得222 4 将上式代入式 2得RK 1212 5 R 6 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 于是RKs7RK 称为单根金属丝的应变灵敏系数；变化率与其轴向应变之间的关系,假如式7说明白金属丝的电阻 K 为常数,就关系为线性的；应变片就是利用金属丝的这种电阻应变效应制成的；式5说明,导体的应变灵敏度是由两个因素引起的,一个是导体尺寸的转变, 由12 项来表示；另一个是电阻率的转变,由项来表示；电测法基本原理电测法基本原理, 是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测 应变处,当构件受力变形时,金属丝亦随之伸缩,因而其电阻也随之 转变；电阻转变量与金属丝的线应变之间存在肯定的关系；通过电阻 应变仪将电阻转变量测出, 进而可得到构件所测部位的应变；电阻改 变量与构件应变之间存在如下关系：RK1K 为应变片的灵R式中,R 为电阻应变片电阻值的相对变化量,R敏系数,对于本试验K 为常数,为构件应变；测量等强度悬臂梁应力的电路, 由于悬臂梁产生的应变一般都很 小, 引起应变片的电阻变化也很小, 要想把这种应变直接测量出来很 困难；因此, 需要有专用的测量电路来测量这种由应变变化而引起的 电阻变化；一般情形下,将悬臂梁上的应变片连接成电桥进行测量；可将一枚、二枚或四枚应变片接入到桥臂中,分别称作单桥、半桥和 全桥电路；接入应变片的桥臂称为工作臂,在输入端加电压 E,就在7 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 输出端有输出电压 U；本试验采纳全桥电路, 四个桥臂均接有应变片；电阻值分别为 R1、R2、R3和 R4；就有URR1R3-R2R440E1R2R3RR1 R3R2R4当在砝码盘上加上砝码时, 梁发生弯曲变形； 电阻应变片也产生 相同的应变,阻值发生变化；这时有U1R1-R2R3-R432K4E4R1R2R3R4假设四个桥臂上应变片的灵敏系数均为K,就R1K1R2K2R3KR4R1R2R3R4就 2式变为U11-23-4 3 R1R2R3R4RE4本试验中电路中的应变片均是相同的,因此就 3式变为式中USUK 4 E,为传感器的输出灵敏度,所以ESK 5 等强度悬臂梁所受的正应力与应变之间有如下的关系式：E6 又由于 My 7 ZI8 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 所以 7式变为：6PL 8bh试验内容及步骤 1、依据以下图组装全桥电路图 3 全桥电路图 2、打开仪器、电脑,打开软件,试验通道挑选默认即可；在设置完通道参数,正式开头采样前,一般需要对通道进行平稳；可以通过掌握工具栏上的平稳按钮和清零按钮实现；置,点击通道子参数下的桥路类型；然后进行通道子参数设 3、开头测量；采纳电机带动偏心质量块旋转来产生动态力,我们通过掌握电机的转速来转变动态力的大小；转变直流电压, 电机转动,测量转速,当转速稳固下来时,点击软件的暂停按钮,记录下最 大值及最小值；增大直流电压,重复以上过程五次,将试验数据记录 在表格中；9 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4、完成试验后,关闭电源,对试验器械进行整理；对数据进行分析、整理和归纳,做曲线图找规律；试验数据记录及试验结果序号转速对应应变平均应变值1 947 最大值最小值2 1106 3 1373 4 1785 5 2146 转速应变变化曲线图150 100 509471106137317852146受拉变0受压-50平均应变值应-100-150转速 r/min10名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 留意事项1、 留意应变片的爱护,要做好应变片的防潮、防湿工作,确保在应变片烘干后进行测量；2、 试验中应当留意仪器的爱护,操作,特殊是应变片的安装；并在老师的正确指导下进行仪器的3、 试验后应把仪器归类放好,并整理试验台；试验分析说明及结论1、当给出的转速即动态力不同,会产生不同的应变,从图中可以看到应变随着转速的增大而增大；2、依据所得应变值正负最大值可知,全桥法测量应变是近似对称的；3、全桥法测量应变可以排除温度的影响,同时,可以排除偏心载荷 的影响；11名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验心得在我们小组三个人的辛勤付出下,从课题分析讨论、进行试验、数据记录分析、 整理归纳总结以及最终的项目报告的纂写,虽然中间 有曲折、有疑问,但最终我们都克服了这些困难,顺当完成了这次测 试技术三级项目；通过本次测试技术三级项目, 我们加深对了对测试技术基础学问 的懂得,并将所学的学问应用于详细的试验与实践中,锤炼了我们积 极摸索、主动学习的才能, 提高了我们沟通、沟通和表达才能以及团队合作才能, 培育了我们的责任感和职业道德；我们学到了很多课本上以及课本所延长扩展出来的学问；在课本相关学问的研读中, 在图书馆详实文献的阅览中, 使我们学会了悬臂梁的结构构造,以及应变片的工作原理, 把握了悬臂梁应变如何布片； 我们真实感受到自己对悬臂梁在动态力作用下梁身应变有了更高层次的熟识,这些是仅仅从课堂上或者课本中所难以收成的；在试验中我们分工明确,团结协作,不断相互沟通,协作默契,每个人都时刻牢记自己的职责,快速高效的完成了试验, 在很短的时间内就将试验数据记录完全； 我们深知只有理论是远远不够的,必需要动手去操作, 这样才能使理论与实践相结合,同时这样也可以加深对理论学问的懂得； 通过本次三级项目及其试验, 我们熟识到学习要 与实践相结合,我们要在学习理论学问的同时,也要尽量实际操作,懂得试验原理,学会使用相关试验仪器；12名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 通过这次三级项目, 让我们熟识到具备扎实的理论学问是特别重 要的,拥有丰富的理论学问才能更好的去指导试验；由于学问往往不 是独立的, 因此需要对学问融会贯穿； 如在悬臂梁在动态力作用下梁 身应变测试的过程中,涉及传感器,测试电路,误差理论分析,材料 力学等学科；通过这些天来的努力, 我们深深感受到测试技术的魅力；老师课 堂上教授的学问对我们帮忙很大,使我们不仅在三级项目中学以致 用,而且对深化学习这门课程,丰富自身学问起到了重要的作用；正是大家的共同努力才使三级项目顺当完成；当然,更要感谢老师的教导和辛勤付出, 我们的每一点进步和成果, 都有着老师的帮忙 与扶持；老师为我们孜孜不倦的讲解书本学问,工作仔细负责,平易近人,给了我们很大的信心和勉励；同时,我们小组的每个成员都在这次的三级项目中收成了很多东西,学习到了很多重要的理论学问和测试技术方面的理念, 增强了自己的试验设计才能和实际动手操作能力,同时磨炼了我们的团队合作精神,也期望这些东西会成为我们今后人生道路上宝贵的财宝； 信任这次测试技术三级项目会使我们收成 学问与精神品质的双丰收；13名师归纳总结 - 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