现代固体实验技术实验3实验3动荷因子的计算(共5页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程名称：现代固体实验技术指导老师：成绩：实验名称：实验三 冲击动应变的自动采集学生姓名学号： 令狐烈实验报告一、实验目的和要求1、用实验的方法测定冲击应力及动荷系数，同时了解和掌握动应力的电测原理、方法及仪器（动态应变仪和计算机大容量数据自动采集等）；2、利用测试分析软件，测量梁的冲击振动固有频率；3、分析梁在冲击载荷作用下，梁的动应变形式和冲击高度之间的关系。二、实验内容和原理1.悬臂梁冲击动菏系数假设不计冲击物的变形；冲击物与构件（被冲击物）接触后无回弹，二者合为一个运动；系统构件的质量（惯性）与冲击物相比很小；不考虑被冲击构件内应力波的传播，冲击应力瞬时传遍整

2、个构件；材料服从虎克定律；冲击过程中，声、热等能量损耗很小，可略去不计。实验表明：在静载荷下服从虎克定律的材料，只要应力不超过比例极限 ,并且应变速率较低或者材料对应变速率不敏感时，在动载荷下虎克定律仍成立且 E静 = E动。根据能量守恒，可以获得自由落体在高度h时的冲击动荷系数理论解：下标st 将冲击锤重量当作静载加到冲击点引起的冲击点位移或者应力 ；下标d冲击引起的冲击点位移或者应力；H为落锤高度，P为落锤重量。对于悬臂梁受冲击载荷，相应的静态位移与应力为 实测动应力为：其中A为2（半桥）或者4（全桥）。图1 受冲击载荷的悬臂梁2.悬臂梁受冲击后的振动衰减悬臂梁在冲击载荷的作用下产生自由振

3、动，并逐渐衰减，其振动的第一阶固有频率理论解为： (5)其中：E为材料弹性模量（对于钢材2.121011N/m2），I为梁截面惯性矩，m为悬臂梁伸出部分的质量。由记录曲线可得实验解：三、主要仪器设备（必填）1、悬臂梁；2、悬臂梁冲击实验装置，应变片使用BX120-5AA；3、XL2102A动态应变仪，XL3402C动态数据采集分析仪，装有数据采集和测试分析软件的计算机；4、游标卡尺、卷尺、接线盒等四、操作方法和实验步骤1、测量和记录悬臂梁长L，宽b，厚h，落锤质量m，落锤下落高度H，应变片到落锤落点的距离a；采用全桥接线连接电桥2、动态测试操作过程：（1）仪器预热，待系统稳定后进行相应操作；（

4、2）采用触发采样或者随机采样功能，按“采样”键，进行冲击实验；并调整冲击高度；（3）通过时间域波形图测读出振动周期换算出频率；通过软件的分析功能在“谱分析”功能下，测读出振动频率。3、实验结果处理五、实验数据记录和处理1、应变片布片与梁几何参数应变片灵敏度系数：K=2.021%，阻值R=120.20.1；梁的杨氏模量取E=212GPa，密度=7.85g/cm。图2.应变片布片方案2、 器件参数悬臂梁长L/mm横截面宽度b/mm横截面高度h/mm落锤质量m/g61450.406.00435.5表1 器件参数 3、 冲击实验实验序号落锤高度/mm落点位置/mm4最大应变10周期13135600.0

5、.8466821525580.0.8372832105460.0.84548表2 三次冲击实验数据记录（波形图见附录）4、冲击实验数据处理实验序号静应力/MPa实验动应力/MPa实验动荷系数理论动荷系数误差17.90146.80218.5722.9719.15%27.8892.308411.7216.4128.58%37.71115.69315.0119.7023.80%实验序号理论频率/Hz测得频率/Hz误差113.4111.81111.53%211.94310.55%311.82811.41%表3 三次冲击实验数据处理七、讨论1.频率与动荷系数实验解与理论解之间的误差分析频率误差：（1）实

6、际振动为欠阻尼振动，由振动力学可知有阻尼振动的周期大于无阻尼振动的周期，因此实测频率小于理论频率。（2）使用的杨氏模量为212GPa，该值很可能比实际值偏高。（3）悬臂梁固定端的固定情况会影响到梁的频率，如果夹板固定不牢增加了悬臂梁的有效长度，由于固有频率与有效长度的平方成反比，这同样会使得测得的固有频率偏低。缩小频率误差可以从加固固定端、减小环境干扰的角度入手。动荷系数误差：（1）动荷系数的理论解基于这样的假设：重物落在物体上后不反弹，下落后重物永久失去的所有机械能转变为对物体做的功，但是在实验中的情况是落锤砸在梁上反弹一次后就收回落锤（目的是避免对梁的固有频率测量产生影响），这是实验得到的

7、动荷系数比理论值低的主要原因。（2）为清楚地判断落锤的落点，在梁的自由端涂了粉笔，如果落锤下落后与笔粉接触打滑同样会造成测得的动应力偏低。（3）电阻变化具有滞后性，电压峰值可能因此偏低。减小动荷系数误差可以采用刚度大的材料制梁，或者用小质量高粘性的重物在高处落下模拟大质量重物在低处落下。2.梁固有频率和振动波形后期衰减振动振动频率有什么区别？振动波形的频率是梁所有模态的叠加，而固有频率是相对于模态而言的。但在后期衰减振动中，由于高频振型幅值小，衰减快，因此后期衰减振动的振动频率比前期受低频振型的主导更大。3.动应力测试与静应力测试有何异同，应注意什么问题？动应力测试依赖于数据采集系统，得到的是连续变化的值，只能采用全桥接法，测量误差较大，静应力测试得到的是静止稳定载荷下的应变情况，可以采用全桥、半桥、四分之一桥接法。两者的应变片粘贴思路和方式是一致的，都需要预判应变区间，区别在于测量手段。动应力测试时应注意电路桥接方式、系统调零和校准、采样频率的设置。附录：波形图第一次冲击实验：第二次冲击实验：第三次冲击实验：专心-专注-专业