相似理论和模型试验详解.ppt

相 似 理 论 和模 拟 实 验 授课对象：研究生? 授课教师：姚直书 二О一一年二月 下面以单自由度振动系统的电模拟法为例来说明这个问题。 组成：荷载系统、传感器、信号变换与测量电路、显示记录系统四大部分。 又分为：荷载系统、测量系统、信号处理系统 在测量系统中，传感器是整个测试系统中关键环节，有时称之为一次仪表。 测试系统的主要性能指标： （1）??? 精度和误差 精度——测试系统给出的批示值与被测量的真值接近程度。 （2）??? 稳定性 时间上的稳定性； 外部环境和工作条件变化引起的影响。 （3）??? 量程 （4）??? 分辩率 被测量的最小变化值。 （5）??? 传递特性 表示测量系统输入与输出对应关系的性能。 7.3 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器的工作原理是基于电阻应变效应，其结构通常由应变片、弹性元件和其它附件组成。 在被测拉压力的作用下，弹性元件产生变形，贴在弹性元件上的应变片产生了一定的应变，由应变仪读出读数，再根据事先标定的应变——应力对应关系，即可得到被测力的数值。 弹性元件是电阻应变式传感器必不可少的组成环节，其性能好坏是保证传感器质量的关键。弹性元件的结构形式根据所测物理量的大小、类型、性质和安放传感器的空间等因素来确定。 （1）??? 测力传感器 其弹性元件形式有柱式（杆式），环式和梁式等。 （2）??? 位移传感器 用适当形式的弹性元件、贴上应变片，也可以测量位移，测量范围从0.1～几百毫米。弹性元件有梁式、弓式和弹簧组合式等。 （3）??? 压力盒 采用膜片结构，应变片贴在弹性金属膜片式传力元件上。当膜片感受到外力变形时，将应变传给应变片，通过应变片输出的电信号测出应变值，再根据标定的关系算出外力值。 7.4 电阻应变测试技术 其基本原理是用电阻应变片作为传感元件，将应变片粘贴或安置在构件表面上，随着构件的变形，应变片敏感栅也相应变形，将被测对象表面指定点的应变转换成电阻变化。电阻应变仪将电阻变化转换成电压（或电流）信号，经放大器放大后，由指示仪器显示或记录仪记录，也可以输出到计算机等装置进行数据处理，将最后结果打印或显示出来。 其主要特点是： 灵敏度和精度高，可测量0.5微应变； 应变片尺寸小，栅长最小为0.178mm，可测点应变； 测量范围广，可测10～10-4的微应变； 可测动、静态应变。 可做成各种形式的传感器，可测力、位移、压强等。因而，是目前常用的测试方法之一。 对于相似材料试验： Cl=20，Cr=2，CE=20，Cu=1 则有：Cε=CrCl/CE=2 Cδ= CεCl=2*20=40 但对于大多数结构试验，采用严格相似，则 =1，这时不考虑自重应力场 5.3 试验方法 5.3.1 模型材料 （一）?? 模型材料的选择 对模型材料，一般要求为： a、 对于研究应力状态，模型材料必须保证具有良好的线弹性特性。对于强度模型，则模型材料应接近或等于原型结构的材料强度，才有可能进行破坏试验。 b、 满足相似指标要求，如E、u、ρ等均应符合相似条件。 c、? 满足必要的测量精度。 为了提高测试精度，宜采用E较低和容重较大的材料，但也应防止材料的非线性特性。 另外，用于结构模型试验的材料，从试验技术的角度出发，需考虑如下具体问题： a、弹性模量 E大，获得足够的变形，增加荷载，模型支座的刚度要强，不如降低E。 E过小，结构刚度过低，测量仪器的刚性又可能妨碍模型结构的变形，影响试验结果。 b、泊松比 无量纲量，应相同才能满足相似指标。如不相同，产生试验误差。 c、 徐 变 即变形是时间、温度和应力的函数。一切合成材料几乎都有徐变。为提高试验精度，应选用徐变小的材料。 d、 导热性 目前，结构模型试验中测量多用电阻应变片测量，所以模型材料导热系数有重要的影响，应选项导热性好的材料。 e、 可加工性。 ∴应综合考虑。 （二）常用结构模型试验材料 常用材料如下： a 、金属 金属的力学特性大多符合弹性理论的基本假定 ，如果原型结构为金属结构且对测量值的准确度有严格要求时，则它是最适宜的模型材料，最常见的是钢和铝。 最近，铝合金材料用得较多，因为它有较低的E和良好的导热性。 ? b、?塑料 有双氧树脂、聚乙烯和有机玻璃等。 和钢材、砼、石膏相比较，其优点是强度高而弹模低（约是金的0.1～0.02倍），便于加工。 缺点是徐变大、E随温度、时间而变化。 塑料被大量地用来制作板、壳、框架、桥梁以及形状复杂的结构模型，其中有机玻璃和环氧树脂用得最多。（光弹模型材料）。