材料测试中悬臂梁冲击强度摆锤的选择
参考标准：GB/T 1843-2008 《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》
GB/T 21189-2007 《塑料简支梁、悬臂梁和拉伸冲击试验用摆锤冲击试验机的检验》摘自：标准GB/T 1843-2008 《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》
摘自：标准GB/T 21189-2007 《塑料简支梁、悬臂梁和拉伸冲击试验用摆锤冲击试验机的检验》：
根据以上标准分析，试样吸收的能量应该在摆锤标称能量10%至80%范围内，如果不止一个摆锤符合这些要求，应选择其中能量最大的摆锤。摆锤有1.0J、2.75J、2.5J、11J、22J五种。
根据标准GB/T 1843-2008 《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》的计算公式：
标准试样尺寸：无缺口试样：h=4mm，宽度b=10mm；
V型缺口试样：h=4mm，剩余宽度b N=8mm；
计算出不同摆锤的冲击强度测试范围：
摆 锤 能 量 选 择
摆锤能量（J）悬臂梁无缺口冲击强度范围
（KJ/m2）
悬臂梁缺口冲击强度范围
（KJ/m2）
1.0
2.5---20
3.125---25
2.75 6.875---558.59375---68.75
5.513.75---11017.1875---137.5
11.027.5---22034.375---275
22.055---44068.75---550
根据上表可以选择合适的摆锤，如果不止一个摆锤符合这些要求，应选择其中能量最大的摆锤。
说明：在下面的数据处理中，如1 A，11d T，1δ，1ξ，1n T，1nω：表示第一次实 1 验中第一、幅值、对应幅值时间、变化率、阻尼比、无阻尼固有频率。第二 次和和三次就是把对应的1改成2或3.由于在编缉公式时不注意２，３与平 方，三次方会引起误会，请老师见谅！！ Ap0308104 陈2006-7-1 实验题目：悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试 一、实验要求以下： 1. 用振动测试的方法，识别一阻尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数； 2. 了解小阻尼结构的衰减自由振动形态； 3. 选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，测出悬臂梁的一阶固有频率和阻尼 根据测试曲线，读取数据，识别悬臂梁的一阶固有频率和阻尼系数。 二、实验内容 识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数。 三、测试原理概述： 1，瞬态信号可以用三种方式产生，有脉冲激振，阶跃激振，快速正弦扫描激振。 2，脉冲激励用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ，τ越小则频率范围越大。 3.幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，可以看到共振时的频率，也就可以得到悬臂梁的固有频率 4、阻尼比的测定 自由衰减法: 在结构被激起自由振动时，由于存在阻尼，其振幅呈指数衰减波形，可算出阻尼比。一阶固有频率和阻尼比的理论计算如下：
11 3 3 44 4 2 3.515(1) 2=210 ;70;4;285;7800 ; ,12 12 ,, Ix = 11.43 c m Iy= 0.04 c m 0.004 2.810,,1x y y f k g E p a b m m h m m L m m m a b a b I I I m m E L π ρρ-----------?===== = ?=?固x y ＝ 式惯性矩：把数据代入I 后求得 载面积：S ＝b h =0.07m 把S 和I 及等数据代入（）式， 求得本41.65() H Z 固理悬臂梁理论固有频率f ＝ 阻尼比计算如下： 2 2 2 1 111 220, 2,........ln , ,22;n d n n n d n d n T i i i j j i i i i j i i i j i n d i j n d n d d d d x d x c k x d t d t c e A A A A A T A T T ξωξωωξωωωξωωηη δξωωωωωπδπξ++ -++ +++ + ++=++===≈== ? ?? ==≈2 二阶系统的特征方程为S 微分方程：m 当很少时，可以把。A 减幅系数＝而A A A A A 1则：＝ j 又因为所以＝＝，所以＝即可知δξπ ＝ 2 在这个实验中，我们使用的是自由衰减法，以下是实验应该得到的曲线样本及物理模型。
实验十六 高分子材料冲击强度的测定 抗冲强度（冲击强度）是材料突然受到冲击而断裂时，每单位横截面上材料可吸收的能量的量度。它反映材料抗冲击作用的能力，是一个衡量材料韧性的指标。冲击强度小，材料较脆。 一、目的要求 1． 掌握XCJ-50型冲击试验机的使用。 2． 测定聚丙烯、聚氯乙烯型材的冲击强度。 二、实验原理 国内对塑料冲击强度的测定一般采用简支梁式摆锤冲击实验机进行。试样可分为无缺口和有缺口两种。有缺口的抗冲击测定是模拟材料在恶劣环境下受冲击的情况。 冲击实验时，摆锤从垂直位置挂于机架扬臂上，把扬臂提升一扬角α，摆锤就获得了一定的位能。释放摆锤，让其自由落下，将放于支架上的样条冲断，向反向回升时，推动指针，从刻度盘读数读出冲断试样所消耗的功A ，就可计算出冲击强度： A bd σ= （公斤?厘米/厘米2） b 、d 分别为试样宽及厚，对有缺口试样，d 为除去缺口部分所余的厚度。从刻度盘上读出的数值，是冲击试样所消耗的功，这里面也包括了样品的"飞出功"，以关系式表示为： ()()2 1 1cos 1cos 2W L W L A A A m V αβαβ-=-++++ W 为摆锤重，L 为摆锤摆长，α、β分别为摆锤冲击前后的扬角；A 为冲击试样所耗功；A α、A β分别为摆锤在α、β角度内克服空气阻力所消耗的功；2 12m V 为“飞出功”，一般认为后三项可以忽略不计，因而可以简写成： ()cos cos A WL βα=- 对于一固定仪器，α、W 、L 均为已知，因而可据β大小，绘制出读数盘，直接读出冲击试样所耗功。实际上，飞出功部分因试样情况不同，试验仪器情况不同而有较大差别，有时甚至占读数A 的50％。脆性材料，飞出功往往很大，厚样品的飞出功亦比薄样大。因而测试情况不同时，数值往往难以定量比较，只适宜同一材料，同一测定条件下的比较。 试样断裂所吸收的能量部分，表面上似乎是面积现象，实际上它涉及到参加吸收冲击能的体积有多大，是一种体积现象。若某种材料在某一负荷下（屈服强度）产生链段运动，因而使参与承受外力的链段数增加，即参加吸收冲击能的体积增加，
实验题目：悬臂梁固有频率测试实验数据处理 一、实验要求以下： 1. 用振动测试的方法，识别一阻尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数； 2. 了解小阻尼结构的衰减自由振动形态； 3. 选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，测出悬臂梁的一阶固有频率和阻尼 根据测试曲线，读取数据，识别悬臂梁的一阶固有频率和阻尼系数。 二、实验内容 识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数。 三、测试原理概述： 1，瞬态信号可以用三种方式产生，有脉冲激振，阶跃激振，快速正弦扫描激振。 2，脉冲激励用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ，τ越小则频率范围越大。 3.幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，可以看到共振时的频率，也就可以得到悬臂梁的固有频率 实验步骤及内容 1，按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁上粘紧压电式加速度传感器打开计算机，。。 2，打开计算机，启动计算机上的“振动测试及谱分析.vi ”。 3，选择适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。点击LabVIEW 上的运行按钮（Run ）观察由脉冲信号引起梁自由衰减的曲线的波形和频谱。 4，尝试输入不同的滤波截止频率，观察振动信号的波形和频谱的变化。 5，尝试输入不同的采样频率和采样点数以及硬件增益，观察振动信号的波形变化。 6，根椐最合适的参数选择，显示最佳的结果。然后按下“结束按钮，完成信号采集。最后我选择的参数是：采样频率 f为512HZ,采样点数N为512点。 s 7，记录数据，copy读到数据的程序，关闭计算机。
上海第二工业大学 名称：传感器与测试技术技能实习 专业：机械电子工程 班级：13机工A1 姓名： 学号：2013481 指导老师：杨淑珍孙芳方 实训地点：14#407
目录 一、技能实习内容及要求 (1) 二、总体方案设计 (2) 2-1. 测量原理 (2) 2-2. 测试系统组成 (2) 2-3. 激励方法 (3) 三、实验硬的件选用 (3) 3-1、悬臂梁 (3) 3-2.传感器 (4) 3-3、电荷放大器 (5) 3-4、采集卡 (6) 四、硬件电路的设计 (6) 五、测量软件设计 (9) 六、小结和体会 (16)
一、技能实习内容及要求 1-1. 内容： 设计一个测试悬臂梁固有频率的自动测试系统，悬臂梁如下所示： 具体技术要求： 能显示相应所采集到的波形图、频谱图等相关图 能显示固有频率 能对固有频率进行超限报警，上下限制用户可设定 生成当前测试报告，（包括相应波形图和固有频率值以及合格状态） 1-2. 实训要求： 1、提出设计方案（提出测量原理，传感器选用和安装，构建测试系统） 2、设计测量电路（包括放大，滤波电路，制作滤波电路） 3、测试软件设计：利用Labview或其它开发程序（VB、VC等），设计测量软件进行数据采集和分析 4、调试 5、撰写实训报告 1-3. 报告要求： 1．实训内容 2.撰写总体设计方案 3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装等） 4.电路设计（包括测量电路设计，系统总电路）
5.测量软件设计（包括软件设计流程图，各功能实现方法和代码，包括个主程序，子程序描述以及相应的重要参数设置如采样通道，采样频率，采样点数） 6.小结和体会（可包含调试中遇到的问题） 二、总体设计方案 2-1．测量原理： 在测试的过程中，通过脉冲锤敲击悬臂梁的横梁产生一个脉冲信号。信号会逐渐衰减，在衰减过程中会有一个时刻衰减到的频率和悬臂梁的固有频率相同，我们要找到的就是这个相同的频率，这个频率与悬臂梁固有频率形成共振，那时候的复制达到最大，用labview分析这个值，就可以测出悬臂梁的固有频率。 2-2．测试系统的组成： 图1测试系统组成图 测试系统包括下述三个主要部分： 激励部分：
JJG145-2007《摆锤式冲击试验机》 检定规程实施要点分析 摘要：为更好执行JJG145-2007摆锤式冲击试验机检定规程要求，本文对摆锤式冲击试验机的工作原理，重要的检定方法以及具体措施，对影响冲击试验的关键问题进行重点的论述。在检定校准过程中“直接检定方法”与“标准冲击样品的间接检定方法”都是重要的，采用“标准冲击样品的间接检定方法”是对冲击试验机综合性能检定，是必需的、可行的、简便的。 一、摆锤式冲击试验机工作原理 摆锤式冲击试验机是用规定高度的摆锤对处于冲击试验机砧座上的冲击试样进行一次性打击，测量试样弯折时的冲击吸收功。摆锤是以冲击试验机摆轴为中心，在处于预仰角 位置时释放摆锤，以一定速度冲击试验机砧座上的冲击试样。 见图1。 图1 摆锤式冲击试验机工作原理图
二、摆锤式冲击试验机检定方案分析 根据摆锤式冲击试验机的工作原理分析，主要由三大部分组成： a. 冲击试验机主机架； b. 冲击摆锤； c. 冲击试样砧座与支座。 基本保障是：冲击试验机应安装在具有质量足够的地基上。 最终综合技术指标是：冲击能量——J焦耳。这一能量的表现形式是对冲击试样的冲击吸收能量。它指示了冲击试验机冲击试样的能量，以及冲击试验机的能量传递给冲击试样准确的程度。 为此，对摆锤式冲击试验机的检定，最为重要的是：考核整机性能、整机刚度、安装质量（地基的合理性）。 摆锤式冲击试验机的检定 按JJG145要求，冲击试验机的检定分为首次检定，其中包括直接检定与间接检定，后续检定及使用中检验，详见规程中的表8。本文主要介绍间接检定方法。 间接检定方法 间接检定法是指使用标准冲击样品进行冲击能量的检定方法，即示值检定法。间接检定方法可保证冲击试验机示值的准确性。使用标准样品的间接检定，实质上是对试验机的综合性能的检定以及冲击能量示值准确性的检定。 1. 标准冲击样品的应用 标准冲击样品的标准能量值应在下列之一的范围内： 低能量(L)级：标准能量值＜30J 中能量(M)级：30J≤标准能量值＜110J 高能量(H)级：110J≤标准能量值＜220J 超高能量(UH)级：标准能量值≥220J 标准冲击样品技术要求见表1 目前使用的标准冲击样品冲击后不撕裂分离，可以准确的保留每一次冲击后样品的印痕，通过对印痕的分析会快速、清楚的发现试样砧座、冲击刀刃的当前状态。从而对冲击试验机冲击试验数据的分散、能量超标等问题迅速做出判定。 我国自主研制的标准冲击样品，经过多年国内外实验室的验证考核，其性能是稳定可靠的。标准冲击样品是国家标准化管理委员会批准的国家级标准样品。国家标准样品编号为GSB 03-2040（2041、2042、2043）-2006 使用标准冲击样品可以应用于冲击试验机的检定；实验室设备的期间核查；实验室之间设备比对；实验室内部操作员考核；试验仪器的不确定度评定；发现异常试验数据时对试验机的检查。 2. 使用标准冲击样品进行间接检定（示值检定） 使用标准冲击样品进行间接检定时，试验机示值误差和重复性应符合表2规定
冲击韧性测定试验报告 一、 实验目的 1. 掌握冲击试验机的结构及工作原理 2. 掌握测定试样冲击性能的方法 二﹑实验内容 测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。 三﹑实验设备 3. 冲击试验机 4. 游标卡尺 图1-1冲击试验机结构图 四﹑试样的制备 若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。本次试验采用U 型缺口冲击试样。其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图1-2。加工缺口试样时，应严格控制其形状﹑尺寸精度以及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑﹑无与缺口轴线平行的明显划痕。 图1-2 冲击试样 五﹑实验原理 冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。试验时，把试样放在图1－2的B 处，将摆锤举至高度为H 的A 处自由落下， 冲断试样即可。 摆锤在A 处所具有的势能为： E=GH=GL(1-cos α) (1-1) 冲断试样后，摆锤在C 处所具有的势能为： E 1=Gh=GL(1-cos β)。 (1-2) 势能之差E-E 1,即为冲断试样所消耗的冲击功A K :
A K=E-E1=GL(cosβ-cosα) (1-3) 式中，G为摆锤重力（N）；L为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm）；α为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；β为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。 h L G H 图1-3冲击试验原理图 六﹑实验步骤 1.测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。 2.根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。 3.安装试样。如图1－4所示。 图1-4冲击试验示意图 4.进行试验。将摆锤举起到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起 到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。 5.记录表盘上所示的冲击功A KU值.取下试样，观察断口。试验完毕，将试验机复原。 6. 冲击试验要特别注意人身的安全。 七﹑实验结果处理 1.计算冲击韧性值αKU. αKU =0 S A KU (J/cm2) (1-4)式中,A KU为U型缺口试样的冲击吸收功(J); S0为试样缺口处断面面积(cm2)。
悬臂梁固有频率的计算 试求在0x =处固定、x l =处自由的等截面悬臂梁振动的固有频率（求解前五阶）。 解：法一：欧拉-伯努利梁理论 悬臂梁的运动微分方程为：4242(,)(,)+0w x t w x t EI A x t ρ??=??； 悬臂梁的边界条件为：2222(0)0(1),(0)0(2)0(3),(EI )0(4)x l x l dw w w w x x dx x x x ==???======???，； 该偏微分方程的自由振动解为(x,t)W(x)T(t)w =，将此解带入悬臂梁的运动微分方程可得到 1234(x)C cos sin cosh sinh W x C x C x C x ββββ=+++，(t)Acos t Bsin t T w w =+；其中2 4 A EI ρωβ= 将边界条件（1）、（2）带入上式可得13C 0C +=，24C 0C +=；进一步整理可得 12(x)C (cos cosh )(sin sinh )W x x C x x ββββ=-+-；再将边界条件（3）、（4）带入可得 12(cos cosh )C (sin sinh )0C l l l l ββββ-+-+=；12(sin sinh )C (cos cosh )0C l l l l ββββ--+-+=要 求12C C 和有非零解，则它们的系数行列式必为零，即 (cos cosh ) (sin sinh ) =0(sin sinh )(cos cosh ) l l l l l l l l ββββββββ-+-+--+-+ 所以得到频率方程为：cos()cosh()1n n l l ββ=-； 该方程的根n l β表示振动系统的固有频率：12 2 4 ()(),1,2,...n n EI w l n Al βρ==满足上式中的各 n l β（1,2,...n =）的值在书P443表8.4中给出，现罗列如下：123451.875104 4.6940917.85475710.99554114.1372l l l l l βββββ=====，，，，； 若相对于n β的2C 值表示为2n C ，根据式中的1n C ，2n C 可以表示为21cos cosh ()sin sinh n n n n n n l l C C l l ββββ+=-+；
悬臂梁固有频率的计算 令狐采学 试求在0x =处固定、x l =处自由的等截面悬臂梁振动的固有频率（求解前五阶）。 解：法一：欧拉伯努利梁理论 悬臂梁的运动微分方程为：4242 (,)(,) +0w x t w x t EI A x t ρ??=??； 悬臂梁的边界条件为： 2222(0)0(1),(0)0(2)0(3),(EI )0(4)x l x l dw w w w x x dx x x x ==???======???，； 该偏微分方程的自由振动解为(x,t)W(x)T(t)w =，将此解带入悬臂梁的运动微分方程可得到 1234(x)C cos sin cosh sinh W x C x C x C x ββββ=+++， (t)Acos t Bsin t T w w =+；其中2 4 A EI ρωβ= 将边界条件（1）、（2）带入上式可得13C 0C +=，24C 0C +=；进一步整理可得12(x)C (cos cosh )(sin sinh )W x x C x x ββββ=-+-；再将边界条件（3）、（4）带入可得 12(cos cosh )C (sin sinh )0C l l l l ββββ-+-+=； 12(sin sinh )C (cos cosh )0C l l l l ββββ--+-+=要求12C C 和有非零解，则
它们的系数行列式必为零，即 (cos cosh )(sin sinh ) =0(sin sinh ) (cos cosh ) l l l l l l l l ββββββββ-+-+--+-+ 所以得到频率方程为：cos()cosh()1n n l l ββ=-；该方程的根n l β表示振 动系统的固有频率：1 2 24()(),1,2,...n n EI w l n Al βρ==满足上式中的各n l β（1,2,...n =）的值在书P443表8.4中给出，现罗列如下： 123451.875104 4.6940917.85475710.99554114.1372 l l l l l βββββ=====，，，，；若相对于n β的2C 值表示为2n C ，根据式中的1n C ，2n C 可以表示为21cos cosh ( )sin sinh n n n n n n l l C C l l ββββ+=-+；因此 1cos cosh (x)C (cos x cosh x)(sin x sinh x),1,2,... sin sinh n n n n n n n n n n l l W n l l ββββββββ??+=---=??+?? 由此可得到悬臂梁的前五阶固有频率，分别将n=1,2,3,4,5带入可得： 1112 2222 2123444 1.875104() 4.694091()7.854757()EI EI EI Al Al Al ωωωρρρ===，，， 11 2 2 224544 10.995541()14.1372()EI EI Al Al ωωρρ==，； 法二、铁摩辛柯梁梁理论 1.悬臂梁的自由振动微分方程： 4242442224(,)(,)(1)0w x t w x t E w I w EI A I kG kG x t x t t ρρρ????+-++=?????； 边界条件：(0)(0)0w x x φ====（1），0x l x l w x x φ φ ==??-= =??（2）；
摆锤式冲击试验机 一、设备名称：摆锤式冲击试验机 二、型号：JBW-300B 三、摆锤式冲击试验机性能说明： 摆锤式冲击试验机主要用于测定金属材料在动负荷下抵抗冲击的性能进行检测，是冶金、机械制造等单位必备的检测仪器，也是科研单位进行新材料研究不可缺少的测试仪器，该系列机型也是目前市场上普遍的冲击试验机。 1.本机为微机屏显式半自动冲击试验机，采用PC微机控制，可实现扬摆→冲击→测 量→运算→屏幕数显→打印等微机化操作，工作效率高,测试精度高。在冲击试样后利用剩余能量自动扬摆，做好下次试验准备，操作简便，工作效率高。特别在连续做冲击试验的试验室和大量做冲击试验的冶金、机械制造等行业更能体现其优越性。计算机可计算和数显材料冲击吸收功、摆锤扬角及试验平均值。根据用户需要还可实现远程数据传输。 2.摆锤为U型摆体设计，保证了打击中心准确，摆锤力矩精确； 3.冲击刀采用螺钉安装固定，更换简单方便； 4.装有安全防护销，并且配备了安全防护网； 5.微机控制，按指令完成取摆、冲击、自动扬摆、再冲击多次试验的全过程。 6.试验机符合国标GB/T3803-2002《摆锤式冲击试验机的检验》，按国标 GB/T229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》对金属材料进行冲击试验
四、摆锤式冲击试验机主要技术指标： 1、冲击能量：150J、300J 2、摆锤预扬角：150° 3、摆轴中心至冲击点距离：750mm 4、冲击速度：5.2m/s 5、试样支座跨距：40mm 6、钳口圆角：R1-1.5mm 7、冲击刀刃圆角：R2-2.5mm R8mm 8、冲击刀厚度：16mm 9、角度准确度：±0.1° 10、试样尺寸：10（7.5、5）×10×55mm 11、外形尺寸：650mm×1960 mm×2100mm 12、试验机净重：约550Kg 13、电源：交流三相380V±10% 50HZ 5A 14、环境条件：周围环境中无腐蚀介质，无震动，无强电磁场干扰。 五、摆锤式冲击试验机设备主要配置： 1.300焦耳主机一台； 2.150J、300J 摆锤各一个 3.电机一台（装在主机上）； 4.取摆传动装置一套（装在主机上）； 5.自动挂摆装置一套（装在主机上）； 6.保险机构一套（装在主机上）； 7.防护网一套； 8.支座调校器一只； 9.试样对中器一只； 10.专用测量软件一套； 11.微机及打印机一台 12.摆锤拆卸器一件； 13.地脚螺钉四个； 14.调整斜铁四块； 15.内六角扳手一支；
摆锤式冲击试验机操作 规程 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
摆锤式冲击试验机操作规程 名称：摆锤式冲击试验机；型号：XJJ-5；使用人：马涛涛 1.操作步骤： ①检查运行状态 试验前必须检查试验机是否处于正常状态，各运转部件及其紧固件必须安全可靠。 ②检查和调整拨针位置 当摆锤自由的处于铅锤位置时，拨转指针至读数盘的最大读数处，调整拨针使之上平面与指针小柱靠紧，然后旋转拨针上的紧固螺钉。 ③空击试验和检查 空击试验的目的是为了检查能量损失是否过大，操作时将摆锤升起至予扬角位置，手动指针拨至最大读数值，操纵手控盒“冲击”按钮，当完成一次冲击回落时，用手迅速地将指针拨回读数盘最大读数值处，待锤完成第二次冲击后，将其控制到“制动”位置(使脱摆轴勾住摆锤的调整套），读取指针指示值，将两次指示值（第一次应为0）之差除以2即为一次空击过程中的能量损失。对最大冲击能量为300焦耳的摆锤能量损失允许焦耳，对最大冲击能量为150焦耳的摆锤能量损失允许耳，如果超出允许值，则应检查弹性垫圈压力是否过大，拨针是否松动和位置准确与否，摆轴轴承是否灵活等，直到达到允许值要求。 ④安装试样 将摆锤控制到“制动”位置后，在试件长度中部的正面与背面分别测量试件的宽度取平均值记录，在其中部两边对应部位测量两点厚平均并记录，将试件置于摆锤冲击机的托板上，其正面对着摆锤，试件背面应于支撑刀刃靠紧。 ⑤冲击试验 将试件安装好后，再将指针拨至最大读数处，在确认好工作环境安全正常，按下释放按钮即可实现冲击。冲断试样后，将摆锤控制到“制动”位置，读取被动指针读数并记录。 2.试验机的维护保养 ①试验机若需搬动位置应将摆锤卸下，以免来回摆动使零件遭到损坏； ②对于易锈部位应涂防锈油； ③没有必要时，严禁拆卸或更换摆锤上的有关零件，以免摆锤力矩和打击中心距发生变化； ④使用前应检查摆锤、摆杆上的连接螺钉是否松动；
实验二十八悬臂梁固有频率测量实验 1. 简介 悬臂梁实验台主要是针对高校工程测试课程实验教学需要而设计的，结合drvi快速可重组虚拟仪器开发平台、振动测量传感器和数据采集仪，可以开设悬臂梁固有频率测量实验。 2. 结构组成 悬臂梁实验台的结构示意如图1所示，结构总体尺寸为120×110×150mm(长×宽×高)，主要包括的零件有： 图1 悬臂梁实验台结构示意图 1. 悬臂 2. 底座 3. 操作说明 3.1 实验准备 运用悬臂梁实验台进行实验教学所需准备的实验设备为： 1. 悬臂梁实验台（lxbl-a）1套 2. 加速度传感器（yd-37）1套 3. 加速度传感器变送器（lbs-12-a）1台 4. 蓝津数据采集仪（ldaq-epp2）1台 5. 开关电源（ldy-a）1套 6. 脉冲锤1只 7. 5芯对等线1条 备齐所需的设备后，将加速度传感器安装在悬臂梁前端的安装孔上，然后将加速度传感器与变送器相连，变送器通过5芯对等线与数据采集仪1通道连接，数据采集仪通过并口电缆与pc机并口连接，加速度传感器调理电路模块接线如图2所示。在保证接线无误的情况下，可以开始进行实验。
图2 加速度传感器调理电路接线示意图 3.2 实验操作 悬臂梁固有频率测量实验利用加速度传感器来测量悬臂振动的信号，经过频谱变换（fft）处理后得到悬臂梁的一阶固有频率，需要注意的是该实验数据采集采用预触发方式，数据采集仪的触发电平要根据现场情况进行设置，实验过程如下： 1. 启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的“联机注册”图标，进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，启动drvi内置的“web服务器功能”，开始监听8500端口。 图3 悬臂梁固有频率测量实验样本图 2. 启动drvi中的“悬臂梁固有频率测量”实验脚本，然后设定数据采集仪的工作模式为外触发采样，同时设置触发电平(如800)和预触发点数（如20），然后点击“运行”按钮启动采样过程（由于采用外触发采样方式，此时处于等待状态）。 3. 用脉冲锤敲击悬臂梁，产生脉冲激振。敲击的力幅要适当，着力点要准确，迅速脱开。如检测不到冲击振动信号，则适当修改采集仪中的预触发电平，然后点击面板中的“开始”按钮再次进行测量，此时，信号分析窗口中应显示出悬臂梁受瞬态激励后输出的信
实验五 悬臂梁各阶固有频率及主振形的测定试验 一、实验目的 1、用共振法确定悬臂梁横向振动时的各阶固有频率。 2、熟悉和了解悬臂梁振动的规律和特点。 3、观察和测试悬臂梁振动的各阶主振型。分析各阶固有频率及其主振型的实测值与理论计算值的误差。 二、基本原理 悬臂梁的振动属于连续弹性体的振动，它具有无限多自由度及其相应的固有频率和主振型，其振动可表示为无穷多个主振型的叠加。对于梁体振动时，仅考虑弯曲引起的变形，而不计剪切引起的变形及其转动惯量的影响，这种力学分析模型称为欧拉-伯努利梁。 运用分离变量法，结合悬臂梁一端固定一端自由的边界条件，通过分析可求得均质、等截面悬臂梁的频率方程 1 L Lch cos -=ββ （5-1） 式中：L ——悬臂梁的长度。 梁各阶固有园频率为 A EI i i n 2 ρβω= （5-2） 对应i 阶固有频率的主振型函数为 ) ,3,2,1() sin (sin cos cos )( =-++- -=i x x sh L L sh L L ch x x ch x X i i i i i i i i i ββββββββ （5-3） 对于（5-1）式中的β，不能用解析法求解，用数值计算方法求得的一阶至四阶固有园频率和主振型的结果列于表5-1。 各阶固有园频率之比 1f ﹕1f ﹕1f ﹕1f ﹕… = 1﹕6.269﹕17.56﹕34.41﹕… （5-4） y A B x h L b 图5-1 悬臂梁振动模型 表（5-1）给出了悬臂梁自由振动时i =1～4阶固有园频率及其相应主振型函数。除了悬臂梁固定端点边界位移始终为零外，对于二阶以上主振型而言，梁上还存在一些点在振动过程中位移始终为零的振型节点。i 阶振型节点个数等于i -1，即振型节点个数比其振型的阶数小1。 实验测试对象为矩形截面悬臂梁（见图5-2所示）。在实验测试时，给梁体施加一个大小适当的激扰作用力，其频率正好等于梁体的某阶固有频率，则梁体便会产生共振，这时梁体变形即为该阶固有频率所对应的主振型，其它各阶振型的影响很小可忽略不计。用共振法确定悬臂梁的各阶固有频率及振型，我们只要连续调节激扰力，当悬臂梁出现某阶主振型且振动幅值最大即悬臂梁产生共振时，这时激扰力的频率就可以认为是悬臂梁的这一阶振动的固有频率。在工程实践中，最重要是确定振动系统最低的几阶固有频率及其主振型。本实验主要运用共振法测定悬臂梁一、二、三、四阶固有频率及其相应的主振型。
悬臂梁固有频率测量
上海第二工业大学 名称：传感器与测试技术技能实习 专业：机械电子工程 班级：13机工A1 姓名： 学号：2013481 指导老师：杨淑珍孙芳方 实训地点：14#407
目录 一、技能实习内容及要求 (1) 二、总体方案设计 (2) 2-1. 测量原理 (2) 2-2. 测试系统组成 (2) 2-3. 激励方法 (3) 三、实验硬的件选用 (3) 3-1、悬臂梁 (3) 3-2.传感器 (4) 3-3、电荷放大器 (5) 3-4、采集卡 (6) 四、硬件电路的设计 (6) 五、测量软件设计 (9) 六、小结和体会 (16)
一、技能实习内容及要求 1-1. 内容： 设计一个测试悬臂梁固有频率的自动测试系统，悬臂梁如下所示： 具体技术要求： 能显示相应所采集到的波形图、频谱图等相关图 能显示固有频率 能对固有频率进行超限报警，上下限制用户可设定 生成当前测试报告，（包括相应波形图和固有频率值以及合格状态） 1-2. 实训要求： 1、提出设计方案（提出测量原理，传感器选用和安装，构建测试系统） 2、设计测量电路（包括放大，滤波电路，制作滤波电路） 3、测试软件设计：利用Labview或其它开发程序（VB、VC等），设计测量软件进行数据采集和分析 4、调试 5、撰写实训报告 1-3. 报告要求： 1．实训内容 2.撰写总体设计方案 3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装等） 4.电路设计（包括测量电路设计，系统总电路）
5.测量软件设计（包括软件设计流程图，各功能实现方法和代码，包括个主程序，子程序描述以及相应的重要参数设置如采样通道，采样频率，采样点数） 6.小结和体会（可包含调试中遇到的问题） 二、总体设计方案 2-1．测量原理： 在测试的过程中，通过脉冲锤敲击悬臂梁的横梁产生一个脉冲信号。信号会逐渐衰减，在衰减过程中会有一个时刻衰减到的频率和悬臂梁的固有频率相同，我们要找到的就是这个相同的频率，这个频率与悬臂梁固有频率形成共振，那时候的复制达到最大，用labview分析这个值，就可以测出悬臂梁的固有频率。 2-2．测试系统的组成： 图1测试系 测试系统包括下述三个主要部分： 激励部分：
悬臂梁固有频率的计 算
悬臂梁固有频率的计算 试求在0x =处固定、x l =处自由的等截面悬臂梁振动的固有频率（求解前五阶）。 解：法一：欧拉-伯努利梁理论 悬臂梁的运动微分方程为：4242(,)(,)+0w x t w x t EI A x t ρ??=??； 悬臂梁的边界条件为：2222(0)0(1),(0)0(2)0(3),(EI )0(4)x l x l dw w w w x x dx x x x ==???======???，； 该偏微分方程的自由振动解为(x,t)W(x)T(t)w =，将此解带入悬臂梁的运动微分方程可得到1234(x)C cos sin cosh sinh W x C x C x C x ββββ=+++，(t)Acos t Bsin t T w w =+；其中2 4A EI ρωβ= 将边界条件（1）、（2）带入上式可得13C 0C +=，24C 0C +=；进一步整理可得12(x)C (cos cosh )(sin sinh )W x x C x x ββββ=-+-；再将边界条件（3）、（4）带入可得12(cos cosh )C (sin sinh )0C l l l l ββββ-+-+=；12(sin sinh )C (cos cosh )0C l l l l ββββ--+-+=要求12C C 和有非零解，则它们的系数行列式必为零，即 (cos cosh ) (sin sinh )=0(sin sinh )(cos cosh ) l l l l l l l l ββββββββ-+-+--+-+ 所以得到频率方程为：cos()cosh()1n n l l ββ=-；该方程的根 n l β表示振动系统的固有频率：1224 ()(),1,2,...n n EI w l n Al βρ==满足上式中的各n l β（1,2,...n =）的值在书P443表8.4中给出，现罗列如下：123451.875104 4.6940917.85475710.99554114.1372l l l l l βββββ=====，，，，；
3301070 摆锤冲击试验 操作规程 XZL-26-008 (第二版) 起 草：周玉萍 审 核：吕子荣 批 准：赵福恩 受控状态：受控 发布日期：2011-12-14 实施日期：2011-12-20 新兴铸管股份有限公司质量监督部
1 目的 对操作人员进行岗位培训，使其了解设备性能，工作流程、工作状况，可以熟练操控设备。 2 适用范围 本操作规程适用于金属材料的夏比冲击试验。 3 职责 3.1. 质量监督部负责编制和提供设备的操作规程，以及操作人员的培 训。 3.2. 质量监督部负责监督操作规程的执行情况。 4 操作步骤 4.1. 打开总电源开关及电机电源开关，进入启动界面。 4.2. 点击触摸屏的“NCS”图标，系统进入触摸屏“功能菜单”界面。 4.3. 点击“系统操作”图标，进入冲击试验的操作界面及冲击功能量 值的示数界面。 4.4. 举摆准备：点击“举摆”，摆锤会自动向挂钩方向举起，同时安 全销会自动吸入，当摆锤到达预定高度即初始仰角的位置时，电 机会自动停止转到，摆杆会自动挂在主机的挂钩上，同时安全销 会弹出来，此时冲击试验机处于正常的准备试验状态。 4.5. 空打检验：在做实际试样的冲击试验之前，可以先做几次空打操 作，以检查试验机的工作状态是否良好及零点示值是否合理等： 点击“退销”，安全销会自动退回，然后再点击“冲击”，摆锤
会自动释放，冲击动作完成后摆锤会自动重新举起，然后处于正 常的挂摆状态而不需要人为干预；如果空打操作一切正常且零点 示数在允许误差范围内则可以进行真实的试样冲击试验。 4.6. 正式冲击：在上面操作的基础上，摆锤是处于挂摆的状态，此时 可以打开防护罩中间的放试样的小门（而防护罩左右两侧的大门 在整个做试验的过程中是绝对不可以打开的，以免摆锤撞到防护 罩的门），把准备好的试样用试样夹夹住放在钳口的冲击位置上， 试样放好后，关闭小门，然后点击“退销”，待安全销退回后， 再点击“冲击”，这时摆锤会被自由释放，完成冲击过程，冲击 功的数值会自动显示在触摸显示屏上（如果与电脑连接数值会同 时在电脑的软件里显示并可以自动或手动记录，这可以根据操作 人员习惯及试样编号等选择数值记录方式），同时摆锤会自动举 起，处于正常的挂摆状态，准备做下一个冲击试验。 4.7. 落摆复位：当一批试样都做完而试验机暂时不用时，可以把摆锤 落下来放到铅锤位置，具体操作是：先点击“退销”，待安全销 退回后，再按住（不能松开）“落摆”，此时挂钩会先脱开（同 时离合器会吸合），过约2.5秒后电机才会开始向落摆方向转动， 等摆锤一直到达铅锤位置时才可以松开“落摆”，以保证安全。 4.8. 试验结束后，关闭电机开关及总电源开关。 5试验要求 5.1. 室温冲击试验应在23±5 C进行. 5.2. 冲击试验机一般在摆锤最大能量的10%～90%范围内使用。
精品资料 悬臂梁各阶固有频率及主振形的测定试验 一、实验目的 1、用共振法确定悬臂梁横向振动时的前五阶固有频率； 2、熟悉和了解悬臂梁振动的规律和特点； 3、观察和测试悬臂梁振动的各阶主振型，分析各阶固有频率及其主振型的实测值与理论计算值的误差。 二、仪器和设备 悬臂梁固定支座；脉冲锤1个；圆形截面悬臂钢梁标准件一个；加速度传感器一个；LMS振动噪声测试系统。 三、实验基本原理 瞬态信号可以用三种方式产生,分述如下： 一是快速正弦扫频法.将正弦信号发生器产生的正弦信号,在幅值保持不变的条件下,由低频很快地连续变化到高频.从频谱上看,该情况下,信号的频谱已不具备单一正弦信号的特性,而是在一定的频率范围内接近随机信号. 二是脉冲激励.用脉冲锤敲击试件,产生近似于半正弦的脉冲信号.信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ,τ越小则频率范围越大. 三是阶跃激励.在拟定的激振点处,用一根刚度大、重量轻的弦经过力传感器对待测结构施加张力,使其产生初始变形,然后突然切断张力弦,相当于给该结构施加一个负的阶跃激振力. 用脉冲锤进行脉冲激振是一种用得较多的瞬态激振方法,它所需要的设备较
少,信号发生器、功率放大器、激振器等都可以不要,并且可以在更接近于实际工作的条件下来测定试件的机械阻抗. 四、实验结果记录 前五阶固有频率表 阶数固有频率（Hz） 1 8.491 2 54.216 3 154.607 4 304.354 5 494.691 实验测得的前五阶振型图如下： 1阶振型图
2阶振型图 3阶振型图 4阶振型图
5阶振型图 五、理论计算悬臂梁固有频率 圆截面悬臂钢梁有关参数可取：Pa E 11101.2?=,7850=ρkg/3 m 。用直尺测 量悬臂梁的梁长L=1000mm 、梁直径D=12mm 。计算简支梁一、二、三、四阶固有频率和相应的振型，并将理论计算结果填入表。 悬臂梁的振动属于连续弹性体的振动，它具有无限多自由度及其相应的固有频率和主振型，其振动可表示为无穷多个主振型的叠加。对于梁体振动时，仅考虑弯曲引起的变形，而不计剪切引起的变形及其转动惯量的影响，这种力学分析 模型称为欧拉-伯努利梁。 运用分离变量法，结合悬臂梁一端固定一端自由的边界条件，通过分析可求得均质、等截面悬臂梁的频率方程 1 L Lch cos -=ββ （5-1） 式中：L ——悬臂梁的长度。 梁各阶固有频率为 4 2 2(Al EI l f i i ρπ β）= （5-2） 悬臂梁固有圆频率及主振型函数
一、产品简介 本公司生产的冲击试验机分为手动摆锤式冲击试验机、半自动冲击试验机、数显冲击试验机、微机控制冲击试验机、非金属冲击试验机等。 摆锤式冲击试验机是用于测量金属材料在动负荷下抵抗冲击性能的理想的检测仪器。 二、工作原理: 摆锤式冲击试验机是运用高精度的光电编码器和带专用测控、计算软件的计算机通过检测摆锤冲击前与冲击后的位能之差来检测冲击吸收功、材料的冲击韧性。 三、主要功能： 1、显示方式为双显式：即度盘指针和计算机同时显示。 2、摆锤式冲击试验机采用德国西门子PLC作为下位机控制，品
牌电脑作为上位机控制，上位机程序采用VB编程，RS232通讯方式，完成上下位机的数据交换和指令传送，充分利用PC机的强大功能进行数据处理，报表处理等。 3、采用内米控高精度的旋转编码器来获取摆锤的实时位置，获得冲击吸收功，具有系统可靠、稳定，数据准确等特点。 四、技术指标： 1、最大冲击能量： 300J 2、最大冲击速度： 5.2m/s 3、摆锤升角： 150゜ 4、主轴至打击中心的距离： 750mm 5、试样支座跨距： 40mm 6、试样支座端圆弧半径： R1—1.5mm 7、冲击刀圆弧半径： R2—2.5mm 8、冲击刀两斜面夹角： 30o 9、冲击刀厚度： 16mm 10、最小分辨力： 0.1J 11、摆锤式冲击试验机的电机功率180W 12、设备重量约480Kg 13、主机电源： 50Hz 380V 250W 手动摆锤式冲击试验机、半自动冲击试验机、数显冲击试验机、
微机控制冲击试验机、非金属冲击试验机济南铂鉴测试技术有限公司专业生产制造冲击试验机。
实验六聚合物的冲击性能测试 一、实验目的 1.了解高分子材料的冲击性能。 2.理解ZBC-4型简支梁冲击实验机测试聚合物冲击性能的基本原理， 熟悉其使用的基本操作。 二、实验原理 冲击性能测试在摆锤打击简支梁试样的中央，使试样受到冲击而断裂，试样断裂时单位宽度所消耗的冲击功即为冲击强度。其原理是将试样安防在简支梁冲击机的规定位置上然后利用摆锤自由落下，对试样施加冲击弯曲负荷，使试样破裂。用试样单位截面积所消耗的冲击功来评价材料的耐冲击韧性。 冲击试验的方法很多，根据实验温度可分为常温冲击、低温冲击和高温冲击三种，依据试样的受力状态，可分为摆锤式弯曲冲击（包括简支梁冲击GB1043和悬臂梁冲击GB1843），拉伸冲击、扭转冲击和剪切冲击；依据才用过的能量和冲击次数，可分为大能量的一次冲击（简称一次冲击试验或落锤冲击实验GB11548）和小能量的多次冲击实验（简称多次冲击实验），不同材料或不同用途可选择不同的冲击实验方法，由于各种试验方法中试样受力形式和冲击物的几何形状不一样，不同的试验方法所侧得的冲击强度结果不能相互比较。 实验时摆锤挂在机架的杨臂上，摆锤杆的中心线与通过摆锤杆轴心的铅垂线成一角度为α的扬角，此时摆锤具有一定的位能；然后计摆
锤自由落下，在它摆到最低点的瞬间其位能转变为动能；随着试样断裂成两部分，消耗了摆锤的冲击能并使其大大减速；摆锤的剩余能量使摆锤继续升高至—定高度，β为其升角。加以W 表示探锤的质量．l 为探锤杆的长度，则摆锤的初始功0A 为： (1cos )A Wl =-0α （35--1） 若考虑冲断试样时克服的空气阻力和试佯断裂而飞出时所消耗的功，根据能量守恒定律，可用式(35—2)表示： 201(1cos )m 2 A Wl A A A =+++++αββυ （35--2） 通常，式(35—2)后三项都忽略不计，则可简单地把试样断裂时所消耗的功表示为： 0(cos cos )A Wl =+βα （35--3） 式中除β角外均为已知数。因此，根据摆锤冲断试样后的升角β的数值即可从读数盘直接读取冲断试样时所消耗功的数值。 简支梁冲击试验是使用已加能量的把锤一次性冲击支承成水平梁的试样并使之破坏，冲击线应位于两支座(试样)的正中间．被测试样若为缺口试样，则冲击线应正对缺口；悬臂梁冲击试验则由已知能量的摆锤一次性冲击垂直固定成悬臂梁的试样的自由端，摆锤的冲击线与试样的夹且和试样缺口的中心线相隔—定距离。根据摆锤的冲击前初始能量与冲击后摆锤的剩余能量之差，确定试样在破坏时所吸收的冲击能量，冲击能量除以冲击截面积，就得到试样的单位截面积所吸收的冲击能量．即冲击强度。