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
指导教师：胡福泰
2016年7月
目录
1、摘要 (2)
2、前言 (3)
3、正文 (6)
3.1 等强度悬臂梁工作原理 (6)
3.2 应变片的工作原理 (7)
3.3 电测法基本原理 (9)
3.4实验内容及步骤............................................................................. .. (11)
3.5实验数据记录及实验结果 (12)
3.6 注意事项 (13)
3.7 实验分析说明及结论 (13)
4、心得 (14)
精品文档
摘要
本实验目的在于掌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，通过对具体所要测试机械装备的工作状态进行分析、了解要测试的对象，最终确定测试实验方案以及选择要采用的仪器。通过此过程了解静态、动态信号的采集及数据分析处理过程，熟悉从传感器到计算机之间各仪器的连接、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辅助测量
前言
本次实验的实验目的是掌握在不同的动态力状态下，应变测量的方法。实验内容是悬臂梁在动态力作用下梁身应变的变化。此次实验采用电阻应变测量方法测量应变。
研究强度问题可以有两种途径：理论分析和实验应力分析。实验应力分析是用实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，通过实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可靠性，并且可以达到减少材料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。实验应力分析的方法很多，有电测法、光测法、机械测量方法等。本实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表面的应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态。工程中常用此方法来测量模型或实物表面不同点的应力，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。此外还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、价格便宜等优点，且电阻应变测试方法具有实时性、现场性，因此它已成为实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表面一个点在某一个方向的应变，不能进行全域性的测量。
电阻应变测量方法是用电阻应变片测定构件表面的应变再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态。工程中常用此方法来测量模型或实物表面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还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、价格便宜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实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表面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感元件，它一般由基底、敏感栅、覆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。
实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。测出梁身动态应变与
动态力之间的关系，再根据机械工程测试技术基本实验中的应变片灵敏度测定实验所得到的应变片灵敏度准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。
我们需要了解和实验有关的原理知识和仪器设备的使用的知识，通过实验结果来分析动态力和应变的关系，进行测量数据、分析结果并最终得出结论。
预期结果：开始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。
正文
结构在承受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，其上面的许多构件及部件都承受着动载荷的作用，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。而动态应变随时间改变而发生变化，必须通过记录仪器进行实时记录或存储，然后进行信号处理。动态应变不但要测量其应变幅值，还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围都有限制，因此应根据动应变频率范围选择合适的仪器。除此之外还需考虑仪器之间的阻抗匹配以及数据处理方式。
本次实验装置是由加载装置、动态应变测试系统以及计算机三部分组成。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，可根据需要在梁截面的上下表面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。逐渐提高马达的转速，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，再通过计算机对信号进行分析和处理。
3.1 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改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。
等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、调节螺钉和加载砝码等组成。本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应变。
