基于应变电测法的弯梁受力测试与分析

田野　王惠源　张成卿　牛碧凯　刘雪松

基于应变电测法的弯梁受力测试与分析

田野1王惠源1张成卿1牛碧凯2刘雪松2

1、山西中北大学机电工程学院2、中国兵器工业第二〇八研究所

本文针对复杂工况下的弯梁受力测试问题，利用应变电测法进行测试。首先建立弯梁三维模型，在ANSYS中分析得到其最大变形的部位，在该处粘贴应变片，在真实工作条件下测量其应变，然后带入静态标定拟合曲线即可求得其在工作条件下的受力。该研究为复杂工况下的部件受力测试提供了一定的理论依据。

应变电测法；受力测试；静态标定

引言

在生产实践中，对很多机械构件的受力都会有一定的要求，对机械构件的受力测试是一个常见的问题。应变电测法具有高灵敏度、高精度、数据可靠的特点，非常适用于机械构件的受力测试问题。本文利用应变电测法对某机械设备的弯梁受力进行测试，以验证其是否满足不大于7000N的受力要求。

1应变电测试原理

应变电测法就是将构件受力后的应变转化为电阻的变化，将构件的变形转化为电信号。构件受力后，粘贴在表面的电阻应变片将随之产生应变，应变片的电阻将会产生相应变化，通过桥式测量电路将电阻值的变化转变成电压的变化。然后经由模拟电路将微弱的电压信号放大滤波，再通过A/D转换采集电路把模拟电压信号转换为数字信号，采用应力应变测试系统对数字信号进行采集。

2静态标定

静态标定的基本原理是在被测件某处施加已知恒定的一个力或力矩，待数值稳定后，采集并记录相应的应变值，得到静态力与被测点应变的变化关系曲线。

2.1理论分析选定测试位置

为了提高测试精度，在静态标定中应变片粘贴位置需要选择弯梁最大应变处。因此，需要采用有限元法分析弯梁各部位的变形量。画出弯梁的简化三维模型，如图1所示。

图1　弯梁简化模型

模型选用的材料属性，如表1所示。

表1　模型选用材料属性

将弯梁模型导入有限元分析软件ANSYS进行网格划分，施加边界条件，有限元模型，如图2所示。

图2　施加约束的弯梁有限元模型

施加5000N静态载荷所得应变云图，如图3所示。

图3　施加5000N静态载荷的弯梁应变云图

由应变云图可知弯梁最大变形位置在拐角和连接轴孔周围区域，应在此区域粘贴应变片。

2.2静态标定过程

以有限元分析结果为依据，把弯梁连接轴孔处选定为应变测试位置，在该处粘贴应变片，将引出的导线与INV3060S型数据采集器和INV1861A型应变调理器连接，然后连接到计算机终端。

机械设备总体结构，如图4所示，标定试验过程主要由钢丝绳对与弯梁连接的挂架施加静态载荷，以模拟弯梁的受力。

图4　设备总体结构图

对钢丝绳施加不同的力，通过计算机终端采集到不同的力所对应的弯梁测试点应变，如表2所示。

表2　弯梁应变随静态力随应变变化表

将以上数据进行一元线性回归处理，所得静态力随应变变化曲线，如图5所示。

图5　静态力随应变变化曲线

此处应变片回归方程为：F=8.3209x+32.173

式中：F—静态力，单位为Kgf；x—应变，单位为με。

由数据的相关性判断系数R2值为0.9897大于0.98，根据相关性理论得出其相关性很好，即静态标定结果满足要求。

3工作环境下弯梁受力测试

得到弯梁受力与应变的关系曲线后，将设备置于真实工作条件下，测试在真实工作环境下的被测点处应变，可得应变—时域波形，如图6所示。经滤波后，可得关系曲线，如图7所示。

图6　工作环境下的应变—时域波形图

图7　滤波后的波形图

由曲线可知应变片最大应变为73.9709με，代入关系式计算可得弯梁所受的最大载荷为6476.8N。

4结论

通过静态标定，得到弯梁受力与应变的关系为F= 8.3209x+32.173，将真实工作环境下产生的应变代入关系式得到弯梁受力为6476.8N，弯梁满足要求的工作条件。同时也表明应变电测法测受力的可行性与实用性。

［1］牛碧凯.航空转管机枪发射动力学研究［D］.山西：中北大学，2015.

［2］尹福炎.航空—航天飞行器结构试验与应变测量技术一本通［M］.北京：国防工业出版社，2013.

［3］余雄勇.直升机飞行状态下武器发射后坐力动态测试研究［D］.江苏：南京航空航天大学，2006.

田野，1990年出生，山西忻州人，硕士研究生，研究方向：武器结构设计及机械动力学研究。