動應(yīng)變測量原理

 1、前言：

在工程中，構(gòu)件除了受靜載荷的作用外，還常受到動載荷的作用。如被繩索加速提升或下放的重物、高速飛轉(zhuǎn)的砂輪以及鍛壓汽錘的錘桿等，它們的共同特點(diǎn)是在外力作用下，構(gòu)件上各質(zhì)點(diǎn)有不可忽視的加速度，這是動載荷與靜載荷的本質(zhì)區(qū)別。
　　靜載荷是指由*緩慢增加到一定數(shù)值后，保持不變或變化很小的載荷。在靜載荷作用下，構(gòu)件內(nèi)各點(diǎn)加速度等于*，或非常微小可忽略不計，也就是說，此時構(gòu)件各部分處于靜力平衡狀態(tài)。而動載荷是指使構(gòu)件各部分產(chǎn)生明顯的加速度，或隨時間有顯著變化的載荷，此時構(gòu)件處于不平衡狀態(tài)。構(gòu)件中由動載荷而引起的應(yīng)力稱為動應(yīng)力。
　　實(shí)驗(yàn)證明，材料在靜載荷作用下是服從虎克定律的；在動載荷作用下，只要動應(yīng)力不超過材料的比例*限，則仍可應(yīng)用虎克定律，且彈性模量Ｅ也與靜載荷時的數(shù)值相同。
    交變載荷是動載荷的一種，這里主要討論由交變載荷產(chǎn)生的交變應(yīng)力。隨時間而變化的應(yīng)變稱為動態(tài)應(yīng)變，在工程中經(jīng)常可以看到一些構(gòu)件在 工作時其應(yīng)變?yōu)閯討B(tài)應(yīng)變。例如汽車在行駛時底盤的大梁由于載荷變動而引起動態(tài)應(yīng)變；旋轉(zhuǎn)軸受彎曲載荷時，由于軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)變。
2、動應(yīng)變測量電路：
   動態(tài)應(yīng)變與靜態(tài)應(yīng)變測量基本原理相同，但由于動態(tài)應(yīng)變隨時間而發(fā)生變化，動應(yīng)變測量采用交流電橋，交流電橋的放大電路簡單無*漂，不受干擾。

輸出電壓特征方程：

電橋平衡條件：

Z₁Z_4-Z₂Z₃=0

|Z₁||Z₄|=|Z₂||Z₃|

Φ1+Φ4=Φ2+Φ3

交流電橋需滿足對臂復(fù)數(shù)的模積相等，幅角之和相等。
交流電橋輸出：

已知：Z₁=Z₂=Z₃=Z₄，忽略△Z；

交流單橋輸出：
交流半橋輸出： 

其中：
；

交流電橋輸出除滿足電阻平衡條件，還要滿足電容平衡條件：

R₁R₄=R₂R₃
R₂C₂=R₁C₁

有應(yīng)變時阻抗變化為：Z₁=Z+△Z

Z₂=Z+△Z

交流電橋輸出用復(fù)數(shù)表示：

3、動態(tài)應(yīng)力測量原理
    在電阻應(yīng)變測量中，動態(tài)應(yīng)變測量與靜態(tài)應(yīng)變測量不同。靜態(tài)應(yīng)變不隨時間變化，可以直接讀取或?qū)?shù)據(jù)打印出來。而動態(tài)應(yīng)變隨時間改變而發(fā)生變化，須通過記錄儀器進(jìn)行實(shí)時記錄或存儲，然后進(jìn)行信號處理。動態(tài)應(yīng)變不但要測量其應(yīng)變幅值，還要測量其隨時間的變化規(guī)律，或者測量其變化頻率。不失真地記錄動態(tài)應(yīng)變是確定測量精度的基礎(chǔ)。在電阻應(yīng)變測量技術(shù)中，動態(tài)應(yīng)變與靜態(tài)應(yīng)變的測量基本相同，只是測量系統(tǒng)有差異。由于被測應(yīng)變的頻率不同，各種動態(tài)應(yīng)變記錄儀器的頻率適用范圍都有限制，因此應(yīng)根據(jù)動應(yīng)變頻率范圍選擇合適的儀器，除此之外還需考慮儀器之間的阻抗匹配以及數(shù)據(jù)處理方式。動態(tài)應(yīng)變測量的幾種記錄器，其中筆式記錄器的工作頻率較低，電子示波器工作頻率很高，將它與高速同步攝影裝置配用，可用來記錄爆炸、高速沖擊等瞬態(tài)應(yīng)變。目前，在一般的動態(tài)應(yīng)變測量中，光線示波器和磁帶記錄儀正逐漸被與計算機(jī)相聯(lián)系的動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)所代替。
   動應(yīng)變的測量方法和靜態(tài)應(yīng)變測量基本相同，將應(yīng)變片粘貼在被測工件表面，將機(jī)械應(yīng)變信號通過電橋盒輸入動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)，再通過計算機(jī)對信號進(jìn)行分析和處理。在開始測量前，首先進(jìn)行標(biāo)定，它由動態(tài)電阻應(yīng)變儀（或動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)）給出一個標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變ε0，在分析（或記錄系統(tǒng)）系統(tǒng)顯示屏上得到標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變的幅高H1、H2。在測量后，應(yīng)再次標(biāo)定，這樣在動應(yīng)變曲線后，又可得一標(biāo)定值H3、H4（見圖4-13）。在進(jìn)行動態(tài)應(yīng)變曲線分析時，就以此為標(biāo)準(zhǔn)尺度來確定被測動態(tài)應(yīng)變之振幅（動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)可直接在曲線上直接讀出瞬時應(yīng)變值。）。其*大*小動態(tài)應(yīng)變εdmax、εdmin計算公式為：

圖4-13，由時間坐標(biāo)讀出動態(tài)應(yīng)變一個周期長度的時間t0，并按下式計算應(yīng)變頻率f：

                  (4-27) 

動態(tài)應(yīng)力σd由下式計算：
σdmax=Eεdmax                         dmin=Eεdmi