动态应变的测量

第5章 动态应变测量
• 动态应变： • 随时间变化的应变。 • 动态应变测量的特点: • 必须将应变随时间变化的过程记 录下来，然后利用适当的方法分析研究。
产生动态应变的原因
• 产生动态应变的原因可以是载荷随时间的 变动， • 也可以因构件的运动。
动态应变按时间变化的性质
可分为确定性和非确定性。 应变随时间变化的规律能够用数学关系式 描述的称确定性。 确定性的动态应变，又分周期性和非周期 性动态应变。 非确定性动态应变也称随机性应变。
• 1.零线的修正 • 在记录时间较长时，零线有漂移时，需要修正。
• 2. 应变测量值的修正 • 若标定采用电标定方法时，它一般是以K=2为准的。与 静态修正一样，ε实=2/K实ε读 • 对于用外部设备机械标定的，则不需要再修正。
周期性动态应变
• 一个复杂周期性应变可用富里叶级数表示：
Baidu Nhomakorabea
(t) 0 n cos(2nf1t n )(n 1,2,3,...)
n 1

• 一个复杂周期性应变可看成由一个静态分 量 和无限个谐波的余弦分量组成。
各谐波 频率之 间存在 最小公 倍数
常应变
基频波
瞬变性应变(冲击)
原因
• 结构的应变是通过应变片的基底和胶层传给应变 片的敏感栅的. • 一般虽然在构件应变波传递到敏感栅的过程中会 受到粘结剂层对应变波中高次谐波的衰减作用， 但因基底很薄，粘结剂层很薄(小于0.2mm)，敏感 栅对应变的响应时间很短(约0.1us,通常应力波的传 播速度为2000m/s)，因此,认为是实时响应。但是 应变片的敏感栅有一定长度,因此只需考虑构件应 变沿应变计栅长方向传播时应变计的动态响应
• 设频率为 f的正弦应变以速度 V在构件中沿应变片栅长 方向传播，在某时刻应变沿构件表面的分布如图所示。 • 用弧度代替长度x：=2x/ 为应变波长，＝V/f， • 令应变片栅长L相当弧度角2 ，有：2＝2L/
0 t 速度v 频率f
2() t(中点) 2 (L) 应变 栅长方向 X () 正弦应变波 某一时刻t的 应变分布
研究方法
• 确定性应变 • 选择相应频率响应的 测试系统，真实记录 应变变化历程，进行 频谱分析，确定各谐 波的频率与幅值 • 随机性应变 • 选择频率响应范围足 够宽的测量记录系统， 进行必要的大量重复 实验，利用概率统计 的方法来解决构件的 强度问题。
应变片的动态响应
• 在静态测量时,通常认为应变片对结构的响 应是立即的. • 用电阻应变计测量动态应变时，要考虑构 件表面瞬时应变与应变计同一瞬时测得的 应变间的响应关系。
Strain Strain
t
t
由于机械碰撞或爆炸压力在构件上产生的应变属瞬态应变， 它是由于载荷的瞬时突变所产生的。瞬态应变是不能用 离散谱表示的，这种瞬态应变只能用富里叶积分表示， 因此其频谱图不能用离散谱表示，而是连续谱，它的谐 波频率是连续变化的，而且其高频分量所占的比重可以 相当大，因而，在测试分析中要给以足够重视。
• 设定时间t ，应变波沿构件表面的分布 为： • ()=0sin • 应变片中点的应变为： • t=0sint
• 应变片测得的应变是栅长2范围内的平均应变 a ，等于横 坐标从（t-）到（t+）之间应变波曲线之下的面积除以 应变片栅长2 ：
1 a 2

t
动态应变测量中的干扰与防干扰措施
• • • • • • • 干扰的分类及特点 1、电磁干扰 ①工频干扰； ②无线电干扰 2、静电干扰 3、地电压、地电流的干扰 4、测量仪器之间的干扰 抑制干扰的措施
与静态相比,动态测量的特点
• 基本原理相同 • 粘贴技术/温度补偿/防潮处理/对导线的处理和接 桥方法相同 • 构造与记录不同:动态应变仪是多通道,每一通道 独立. • 动态测量仪器的选用,应根据被测信号的类型/特 点/测量要求 • 除爆炸/高速冲击外,对于10KHZ以下的动应变,可 以采用动态电阻应变仪 • 需要标定
e=0.5%
动态应变测量系统
动应变测量需解决的问题 波形分析、频率和应变大小的测定
动态测量的 仪器系统
应变片
储存示波器
静动态应变 仪 0-200HZ
动态应变仪010KHZ 超动态应变 仪﹥200KHZ
滤 波 器
0-10KHZ磁带 记录仪
0-5KHZ光线 示波器 0-80HZ笔录 式记录器 动态数据采 集分析系统
动态应变波形图与分析
• • • • • •
动态应变测量的结果是记录应变波， 图上有应变幅值和时间的比例标记， 波形图上幅高h对应的应变值， h H取记录前后标定的平均值， 对于正、负幅标不等的情况，则对正应变取正幅 标，负应变取负幅标。
h
h H
H
b 1 T B fB
正标定 负标定
H1 H 3 H 2 H2 H4 H 2
t

0sind 0 sin t
sin

• 平均应变与应变片中点应变的相对误差为： • e=(t-a)/ t=1-sin/=2/6
1 L 2 1 Lf 2 e ( ) ( ) 6 6 V
选择应变片标距 L 的公式即为
V L f
6e
• 例如 L=5mm V =5000m/s (Steel ) f=55000Hz
频谱分析仪
只需要测量动态应变在某一频带中的谐波分量时,选 用相应频带的带通滤波器 只需要测量低于某一频率的谐波分量时,选用相应截 至频率的低通滤波器
动态测量的标定
• 标定的方法可分为：静态标定和动态标定 • 1.静态标定 • 1）电标定:由标定装置（电路）产生标准电信号来模拟标 准应变信号，然后传输给记录设备。 • a）采用在测量电桥桥臂上并联标准电阻。注意这种标定方 法只能用于采用120Ω的应变计。 • b）采用在测量电路之外设置标定电路，并在桥臂上并联标 准电阻的方法。可在测量时随时标定。 • 2）机械标定 :由外部的机械装置直接产生定值标准应变信 号，并用记录设备进行记录。这种方法精度高，但设备和 操作都较复杂，且不能随时标定。 • 2.动态标定 • 测量频率较高时，最好采用动标定。由外部设备的某点产 生于被测信号频率接近的已知标准信号。