5-动态应变测量12

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1、第5章动态应变测量随时间而变化的应变称为动应变。动应变测量的特点是必须把应变随时间变化的过程记录下来，然后再用适当的方法进行分析。本章介绍动应变测量中要特别考虑的问题以及动应变测量结果的分析内容与方法。第1部电阻应变测量方法1第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量本章内容：学习要求：熟悉动态信号类别、应变计的频响特性、动态测量仪器系统及其动态特性检测，掌握周期信号、瞬变信号、随机信号等的统计计算处理方法。§5-1动应变的分类；§5-2应变计的频响特性；§5-3动态测量仪器系统；§5-4仪器系统的动态特性检测；§5-5周期信号的计算处理；§5

2、-6瞬变信号的计算处理；§5-7随机信号的统计计算（计划使用2学时）2第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量§5-1动应变的分类动应变非确定性应变确定性应变周期性应变非周期性应变确定性应变——变化规律可明确地用数学关系式来表述；非确定性应变——变化规律不可明确地用数学关系式来表述。又称为随机应变。3第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量在实际分析中，相位角常不予考虑，并且谐波分量也只有有限个。此时可用图5-2所示的振幅——频率图来表示。这种图也称为频谱图，它直观表示复杂周期性应变波中各谐波分量的频率和振幅。由于谐波分量只在分散的特定频率上

3、出现，所以这种频谱图又称为离散谱。周期性应变复杂的周期性应变可用富里叶级数表示为(5-1)即把复杂周期形式变函数看作由静态分量和无限多个谐波分量所组成。ε0——静态分量；εn、θn——n次谐波分量的振幅和相位角；f1——基频，nf1——n次谐波频率。4第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量2.非周期性应变周期性振动应变的合成振动应变是非周期性的。这样的非周期性应变也称为准周期性应变。它的功率谱也是离散的，但谐波分布是无规律的。结构受到非周期性突加载荷、碰撞等，在结构中所引起的应变都是非周期瞬变性应变，也称冲击应变。瞬变信号通常含有从零到无穷

4、大连续分布的频率成分，其时变函数是用富里叶积分表示的，频谱不再是离散谱，而是连续谱。5第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量3.随机性应变应变的时间历程无法用确定的数学关系来表示，这种性质的应变称为随机性应变。这种应变可用概率统计的方法来描述和研究。关于动应变的测量，若是确定性应变，要注意估计应变变化规律所包含的频谱内容，选择适用其频率范围的测试记录仪器，力求能真实记录应变变化规律，然后进行频谱分析，研究各谐波分量的频率和振幅，以便对结构强度进行分析；而对于随机应变，频率范围较广，要选用频响范围足够宽的测量记录仪器，并进行必要的大量重复试验

5、，根据统计分析结果研究结构强度问题。6第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量§5-2应变计的频响特性应变计对应变相应时间大约为0.2μs，可认为是立即相应的。但若应变变化频率很高，需要考虑应变计对构件应变的响应问题即应变计在某瞬时的响应能否代表敏感删中点在该瞬时的实际应变值。设构件表面A点处贴一应变计，其栅长为L，应变按正弦规律变化，且沿应变计的纵向传播，波长为λ。设曲线表达式为(a)则应变计栅长中点A的真实应变为(b)而A点应变的测量值εA’等于在应变计栅长范围内的平均应变，即7第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量令φ=πL/λ，则比

6、较式（b）与（c），得相对误差(d)(c)v—应变波在构件材料中的传播速度；T—应变变化周期；f—应变变化频率。由物理学当L<<λ，Φ很小，近似地（d）式可写成因Φ越小，误差越小,Φ越大，误差越大。显然，当应变频率高到使λ与L相当时，εA’将接近于零，此时应变计不能反映应变的变化。注意(5-2)对于钢材，v≈5000m/s。如果要求误差δ≤0.5%，则5mm栅长应变计的极限工作频率为一般钢结构的应变变化频率远小于该值，使用20mm以下栅长的应变计足够。8第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量§5-3动态测量仪器系统滤波器的选用要根据测量目的

7、而定。选用带通滤波器、低通滤波器；无特殊要求时，不用滤波器。9第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量测量冲击应变时，由于信号的频谱非常丰富，一般的应变仪不能满足这样高的频响要求，可用直流电位计线路来测量记录。触发电路保证电子示波器在冲击应变发生的同时作单次直线扫描，及时记录应变波形；如果使用半导体应变计，由于它的输出要比普通应变计大得多，可省去直流放大器。数据采集仪虚拟仪器直流放大器10第1部电阻应变测量方法第5章动态应变测量§5-4仪器系统的动态特性检测动态信号测量要求，由应变仪和记录器组成的测量仪器系统，有输入与输出成线性的振幅特性和平

8、坦的频率响应。仪器系统的输入与输出之间的关系是一个三维问题，输出幅值z是输入幅值x和频率y的函数,即z=f(x,y)。函数z的空间曲面与oxz平面的交线OA为静态振