第九章应变、力和扭矩的测量分解.ppt

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第九章 应变、力、扭矩的测量 9.1 应变的测量 应力、应变测量目的 * 应力测量可分为单向应力测量(用单个应变片测量)和平面应力测量(用应变花测量)。 测量步骤:对被测件进行应力应变分析→确定贴片方式→确定组桥方式→根据测得数据进行结果计算。 一、简单受力状态的应变测量 单向拉伸(压缩) ★ ★测量中如何克服温度变化带来的误差? 纯弯曲 扭转 二、复杂受力情况下单向应力的测量 弯曲与拉伸(压缩)的组合变形 (1)测弯除拉 (2)测拉除弯 扭转、拉伸(压缩)、弯曲的组合变形 (1)测扭除拉弯 (2)测弯除扭拉 (3)测拉除扭弯 三、剪力的测量 9.2 力的测量 (1)筒型、柱型弹性元件 ★一般用于较大载荷,筒型结构的载荷一定时,可用增加其径向尺寸的办法来提高其工作稳定性并减小偏心载荷的影响。 ★当拉(压)力载荷沿中心作用时,其应变值为: 弹性模量(Pa) 应变,无量纲 拉(压)力(N) 截面积(m2) (2)薄壁环型弹性元件 ★当拉(压)力作用下,圆环各截面所受的弯矩为: 截面的方位角 环的平均半径(m) 拉(压)力(N) 对应于φ角处截面上的弯矩(N·m) ★在截面A和B处分别出现两个方向相反的最大弯矩。两处的应变值分别为: b—环的宽度(m) h—环的宽度(m) ★在截面A和B之间,有一截面弯矩为零,其对应的φ角为55.50 (3)梁型弹性元件 ★ 对于等强度悬臂梁,其任何截面上的最大应力(或应变)都相等,其上下表面的应变值为: 悬臂梁式 两端固定梁式 ★ 对于等截面两端固定梁,其中点上下表面的应变值为: 梁的长度(m) 梁的宽度(m) 梁的厚度(m) (4)剪切轮辐式(低外形)弹性元件 ★ 由上述弹性元件构成的测力传感器有一个共同的缺点:即在相同的载荷下,力的作用点位置变化会引起较大的输出信号变化,因此抗侧向载荷及抗偏心载荷能力差。 轮辐宽度(m) 轮辐厚度(m) ★剪切轮辐式(低外形)弹性元件克服这一缺点。 ★被测力作用在轮毂的上端面及轮圈的下端面时,轮辐上将产生与被测力成比例的剪切力。其最大剪应力发生在轮辐中间, 轮圈 轮毂 轮辐 ★若在轮辐中间处沿主应力方向(与轮辐轴向成±450)贴应变片,则应变为: 二、压磁式测力传感器 ★ 利用铁磁材料的磁弹性效应制成。 ★ 特点:输出功率大、抗干扰性能好、过载能力强、适宜在恶劣环境中长期可靠运行等。缺点:测量精度一般,频率响应低(不高于1~2kHz) 1、压磁效应 ★ 磁致伸缩效应:铁磁材料在磁场中磁化时,在磁场方向会伸长或缩短。一些材料(如Fe)在磁场方向伸长,称为正磁致伸缩效应;一些材料(如Ni)在磁场方向缩短,称为负磁致伸缩效应; ① 偏离磁场方向的其他方向也同时伸长或缩短,只是逐渐减小,直至接近垂直于磁场方向反而要缩短(或伸长)。 ★ 压磁效应:如果铁磁物体被磁化时受到限制而不能伸缩,内部会产生应力;如果在它外部施力,也会产生应力。当铁磁物体产生应力时,将使其材料磁化方向发生变化。对于正磁致材料,如果存在拉应力,将使磁化方向转向拉应力方向,加强拉应力方向的磁化,从而使拉应力方向的磁导率增大,磁阻减小;反之,压应力将使磁化方向转向垂直于压应力的方向,削弱压应力方向的磁化,从而使压应力方向的磁导率减小,磁阻增大。对于负磁致材料,情况正好相反。这种现象称为磁弹性效应,或称压磁效应。 ② 磁致伸缩是由于自发磁化导致物质的晶格结构变化,使原子间距发生变化而产生的现象。 *

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