CN1664551A - 一种动态弯矩的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态弯矩的测量方法，以应变作为中间量，采用静标动测的原理进行载荷标定；根据大小相等的静态弯矩、动态弯矩可使试件某部位所产生的静、动态应变相等，以静载为基准通过应变这一中间量来标定动载，它包含两大步骤：静载荷标定与动载校准。该方法解决了现有谐振式弯曲疲劳试验装置的弯矩不能直接度量与显示的难题，以静载为基准通过应变这一中间量来标定动载，大大减小了测量误差，动态弯矩误差不大于2％。

Description

一种动态弯矩的测量方法

技术领域

本发明属于疲劳试验技术范围，特别涉及一种动态弯矩的测量方法。

背景技术

弯矩作为一种载荷形式被广泛用于材料和试验。但迄今为止，弯矩的度量与显示采用的都是间接的方法，即通过计算力与力臂的乘积得到，其中力是被测量。目前还没有一种试验机能够直接度量与显示弯矩，尤其是谐振式弯矩疲劳试验装置，不仅弯矩的度量与控制更为困难，而且误差大，难以满足试验工作的需要。如图1所示是典型的谐振式弯曲疲劳试验装置，主要由振动控制器1、激振器7、对称固定在试件8两端的摆臂4构成的谐振***、加速度计5组成；激振器7通过推杆与其中一个摆臂4连接，加速度计5固定在另一个摆臂4上，激振器8通过功率放大器9与振动控制器1连接，加速度计5经电荷放大器3分别与数字电表2、振动控制器1连接。当激振器8以一定的幅度激励***发生谐振时，两摆臂的惯性力所产生的对称的正弦变矩就施加到试样3上。设摆臂振动的角加速度为β，摆臂绕振动中心的转动惯量为J，则作用在试件上的弯矩为

         M＝Jβ                                                      (1)

由于角加度不易测量，当β较小时，可通过加速度计测定摆臂上某一点的线加速度a，然后利用下式求出

         β＝a/L                         (2)式中L为加速度计至摆臂振动中心的距离，将式(2)代入(1)中，得

        M＝(J/L)a                        (3)

对于某一种特定***，当试件结构、摆臂不变，加速度计的位置固定时，式(3)中的J、L均为常量，试验载荷M与加速度成正比。。但加速度测量的误差大，利用式(3)进行计算结果误差大，弯矩精度低，通常在5％以上，同时它与弯矩之间往往不是简单的整数比例关系，这给实际的应用带来很大的不便。

发明内容

本发明为了解决利用现有谐振式弯曲疲劳试验装置测量弯矩存在测量的误差大、弯矩精度低、实际测量不方便的问题，提出一种动态弯矩的测量方法。

为此，本发明的技术方案为：一种动态弯矩的测量方法，以应变作为中间量，采用静标动测的原理进行载荷标定；根据大小相等的静态弯矩、动态弯矩可使试件某部位所产生的静、动态应变相等，以静载为基准通过应变这一中间量来标定动载；其具体步骤为：

a、静载荷标定：把试件和摆臂构成的谐振***平放在铁底板上并垫平，测力计串接在加载螺杆和摆臂上的力作用点之间，应变片连接在试件上，应变片与应变仪、数字电压表连接；自零开始加载，依次记录力-应变电压数据组。测得力-应变电压数据后，根据力臂的长度，将它们转换成静弯矩—应变电压组；

b、动载校准：先规定加速度电压与动态弯矩之间的当量关系，例如2mV相当于1Nm；根据这一当量关系和静态应变值与动态应变有效值与峰值之间关系，将静标中得到的静态弯矩—应变电压数据组转换成动态弯矩—加速度电压—动态应变电压有效值数据组，并将它作为动态弯矩校准的基准值；把试件和摆臂构成的谐振***固定悬挂，采用激振器与其中一摆臂连接，用加速度计固定在另一摆臂上，加速度计经电荷放大器与数字电压表连接；应变片连接在试件上，应变片与应变仪、数字电压表连接；取动态弯矩—加速度电压—动态应变电压有效值数据组的某一数据M_dr、a_r、ε_dr作为参照点，通过调节摆臂振幅，使测得的动应变电压有效值与所选取的ε_dr相等，根据标定原理，这时作用在试件上的动态弯矩为M_dr，所对应的加速度电压读数应为a_r。检查当前的加速度电压读数，通过调整电荷放大器的灵敏系数或加速度计的位置，直至动应变电压数值维持为ε_dr，而加速度电压的值为a_r为止，从而保证了动态弯矩与加速度电压之间的对应关系；测量动态弯矩时，直接通过数字电压表可以读出加速度电压的值，通过加速度电压的值与动态弯矩的当量关系直接导出动态弯矩的值。

有益效果：本发明解决了解决利用现有谐振式弯曲疲劳试验装置的弯矩不能直接度量与显示、弯矩精度低的问题，采用静标动测的原理进行载荷标定，通过标定动态弯矩与加速度电压的值之间的当量关系直接导出动态弯矩的值，测量方便直观，保证在所标定的载荷范围内，任一点的动态弯矩误差不大于2％。

附图说明

图1为现有的谐振式弯曲疲劳试验装置的示意图。

图2为静载荷标定示意图。

图3为动态校准示意图。

具体实施方式

一种动态弯矩的测量方法，以应变作为中间量，采用静标动测的原理进行载荷标定；根据大小相等的静态弯矩、动态弯矩可使试件某部位所产生的静、动态应变相等，以静载为基准通过应变这一中间量来标定动载；其具体步骤为：

a、静载荷标定：

如图2所示，所用的仪器设备主要有应变片11、测力计15、数字电压表17和应变仪18。试件12和摆臂13构成的谐振***平放在铁底板上并垫平，测力计15串接在加载设备16的螺杆和摆臂13上的力作用点之间，测力计15与摆臂13通过一直径10～15毫米的钢球14接触，以提高力作用点的精度，并保证摆臂13受力偏移后，测力计15端面仍能保持在水平位置上。自零开始加载，依次记录力-应变电压数据(静标定至少应进行两次)。静标定至少应进行两次测得力-应变电压数据后，根据力臂的长度，将它们转换成静弯矩-应变电压。

b、动态校准：

先规定加速度电压与动态弯矩之间的当量关系，例如2mV相当于1Nm；根据这一当量关系和静态应变值与动态应变有效值与峰值之间关系，将静标中得到的静态弯矩—应变电压数据组转换成动态弯矩—加速度电压—动态应变电压有效值数据组，并将它作为动态弯矩校准的基准值；

如图3所示，把试件12和摆臂13构成的谐振***固定悬挂，采用激振器20与其中一摆臂连接，用加速度计21固定在另一摆臂上，加速度计21经电荷放大器23与数字电压表22连接；应变片11连接在试件12上，应变片11与应变仪18、数字电压表17连接；激振器20与激振控制器19连接，电荷放大器23并与激振控制器19连接。为监视应变波形和加速度波形，还连接有双踪示波器24。

取动态弯矩—加速度电压—动态应变电压有效值数据组的某一数据M_dr、a_r、ε_dr作为参照点，通过调节摆臂13振幅，使数字电压表17显示的动应变电压有效值与所选取的ε_dr相等，根据标定原理，这时作用在试件上的动态弯矩为M_dr，所对应的数字电压表22显示的加速度电压读数应为a_r。检查当前的加速度电压读数，通常它与a_r之间存在某一偏差，通过调整电荷放大器23的灵敏系数或加速度计21的位置，直至动应变电压数值维持为ε_dr，而加速度电压的值为a_r为止，从而保证了动态弯矩与加速度电压之间的对应关系；测量动态弯矩时，直接通过数字电压表22可以读出加速度电压的值，通过加速度电压的值与动态弯矩的当量关系直接导出动态弯矩的值。

下面，可以进行载荷误差估算：

标定后，***的载荷误差：

            δ_m＝δ_s+δ_d式中：δ_s为静标定误差，δ_d为动测误差。

若将应变测量误差纳入δ_d，则δ_s的大小为：

            δ_s＝δ_f+δ₁式中：δ_f为力值测量误差，δ₁为力臂测量误差，当采用三等测力计时，δ_f ＝0.3％，而

          δ₁＝ΔL/L

式中L为力臂的精确值，ΔL为力臂测量器具的绝对误差，如采用500mm的钢板尺，可取ΔL＝0.5mm。

通常，在所标定的载荷范围内，任一点的动态弯矩误差不大于2％。

Claims (1)

1、一种动态弯矩的测量方法，以应变作为中间量，采用静标动测的原理进行载荷标定；根据大小相等的静态弯矩、动态弯矩可使试件某部位所产生的静、动态应变相等，以静载为基准通过应变这一中间量来标定动载；其具体步骤为：

a、静载荷标定：把试件和摆臂构成的谐振***平放在铁底板上并垫平，测力计串接在加载螺杆和摆臂上的力作用点之间，应变片连接在试件上，应变片与应变仪、数字电压表连接；自零开始加载，依次记录力-应变电压数据组。测得力-应变电压数据后，根据力臂的长度，将它们转换成静弯矩—应变电压组；

b、动载校准：  先规定加速度电压与动态弯矩之间的当量关系，例如2mV相当于1Nm；根据这一当量关系和静态应变值与动态应变有效值与峰值之间关系，将静标中得到的静态弯矩—应变电压数据组转换成动态弯矩—加速度电压—动态应变电压有效值数据组，并将它作为动态弯矩校准的基准值；把试件和摆臂构成的谐振***固定悬挂，采用激振器与其中一摆臂连接，用加速度计固定在另一摆臂上，加速度计经电荷放大器与数字电压表连接；应变片连接在试件上，应变片与应变仪、数字电压表连接；取动态弯矩—加速度电压—动态应变电压有效值数据组的某一数据M_dr、a_r、ε_dr作为参照点，通过调节摆臂振幅，使测得的动应变电压有效值与所选取的ε_dr相等，根据标定原理，这时作用在试件上的动态弯矩为M_dr，所对应的加速度电压读数应为a_r。检查当前的加速度电压读数，通过调整电荷放大器的灵敏系数或加速度计的位置，直至动应变电压数值维持为ε_dr，而加速度电压的值为a_r为止，从而保证了动态弯矩与加速度电压之间的对应关系；测量动态弯矩时，直接通过数字电压表可以读出加速度电压的值，通过加速度电压的值与动态弯矩的当量关系直接导出动态弯矩的值。

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