br>【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的
【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0037] 本發(fā)明采用應(yīng)力集中原則設(shè)計(jì)落錘結(jié)構(gòu)，采用惠斯通電橋的雙橋電路測(cè)量梁的集 中沖擊力。所述測(cè)試方法運(yùn)用于大尺寸鋼筋混凝土梁的集中加載的落錘沖擊力的測(cè)試，梁 的長(zhǎng)寬高為1200X120 X120(mm)具體包括如下步驟：
[0038] 步驟S1:為了形成平面應(yīng)力，落錘設(shè)計(jì)成薄板的形狀，落錘的厚度和尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn) 的具體要求而定。根據(jù)鋼筋混凝土梁的承載能力和梁的尺寸，設(shè)計(jì)落錘的結(jié)構(gòu)如圖1，長(zhǎng)寬 厚為250 X 200 X 15(mm)，中間板長(zhǎng)為200mm，上下各為30mm和20mm。
[0039] 步驟S2:采用彈性力學(xué)應(yīng)力集中的原則，根據(jù)薄板的尺寸在板中間鉆Φ 20mm的孔， 保證孔的尺寸遠(yuǎn)小于落錘的長(zhǎng)寬。錘體的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為側(cè)面受均布載荷S的帶有圓孔的 無限薄板結(jié)構(gòu)的平面應(yīng)力問題如圖2所示，孔周圍的應(yīng)力增加，孔的上下處切向應(yīng)力增加為 3S，左右處切向應(yīng)力為S。但由圣維南原理可知，在距離遠(yuǎn)大于孔的半徑處，這種增大可以忽 略。根據(jù)虎克定律，上下處的切向應(yīng)變?yōu)?S/E，左右處切向應(yīng)變?yōu)镾/E，落錘材料采用鋼，彈 性模量為鋼的彈性模量。
[0040] 步驟S3:為了測(cè)得落錘的平均應(yīng)變和提高測(cè)量精度，將落錘薄板上鉆兩個(gè)Φ 20mm 的孔，孔對(duì)稱分布在薄板軸線兩邊，間距為80mm，孔之間的相互影響忽略。兩個(gè)孔的上下左 右對(duì)稱的貼上八個(gè)應(yīng)變片，如圖1所示。為了保護(hù)應(yīng)變規(guī)，在孔的一周用銅片覆蓋起來。為了 改善溫度誤差和非線性誤差，提高測(cè)試靈敏度，應(yīng)變片的電路接法采用惠斯通的橋接方法 如圖3。將應(yīng)變符號(hào)相同的應(yīng)變片貼在相對(duì)的橋臂上，受拉和受壓應(yīng)變片貼在相鄰的橋臂 上，并將兩個(gè)孔交錯(cuò)開。
[0041] 步驟S302:在一般情況下，由于加工誤差和材料的不均勻性，很難達(dá)到上面的理想 狀態(tài)，因而惠斯通電橋輸出的電壓值隨著落錘的沖擊力發(fā)生變化，因而需要進(jìn)行標(biāo)定。落錘 一般是由鋼材料制成，鋼在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的力學(xué)性能幾乎相同，采用伺服液壓機(jī)對(duì)落錘沖 擊面進(jìn)行加載，用所測(cè)靜載荷對(duì)所測(cè)試電壓進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輸出的電壓與所加載荷成 線性關(guān)系。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于應(yīng)力集中原理的落鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)W及采用惠斯通全橋電路測(cè)量沖擊力的測(cè) 試方法，其特征在于，通過放大落鍵的應(yīng)變和提高測(cè)試的靈敏度獲得沖擊力，具體包括如下 步驟： 步驟S1:落鍵沖擊力是由落鍵在彈性范圍內(nèi)的應(yīng)變決定，落鍵被當(dāng)作"剛性體"，應(yīng)變非 常小。為了增大應(yīng)變，將落鍵設(shè)計(jì)成薄板形狀，在薄板中間鉆孔。當(dāng)落鍵的側(cè)面沖擊試件時(shí)， 落鍵的受力狀態(tài)為平面應(yīng)力;根據(jù)彈性力學(xué)的應(yīng)力集中原則，孔周圍的應(yīng)變將增大，如圖1 所示。 步驟S2:落鍵結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為側(cè)面受均布載荷的帶有圓孔的無限薄板結(jié)構(gòu)的平 面應(yīng)力問題如圖2所示。由應(yīng)力集中原則可知，孔周圍的應(yīng)力增加;但由圣維南原理可知，在 距離遠(yuǎn)大于孔的半徑處，運(yùn)種增大可W忽略。 步驟S201:當(dāng)側(cè)面均布載荷為S時(shí)，在半徑b(遠(yuǎn)較a大）處徑向應(yīng)力Or和剪切應(yīng)力叫，實(shí) 際上與無孔板中相同，因而是：運(yùn)些力作用在內(nèi)半徑和外半徑各為r = a和r = b的圓環(huán)的外邊，它們?cè)诃h(huán)內(nèi)引起的應(yīng)力 可W看作由兩部分組成。第一部分是由常量的法向力-S/2引起的，第二部分是由法向力- (S/2)cos20 與剪力（Trf)r=b=(S/2)sin20 共同引起的。 步驟S202:根據(jù)彈性理論，可得距離孔屯、不同距離r處的應(yīng)力：可見，在0 = V2或0 = 331/2處，就是在垂直于壓力方向的直徑的兩端m和η處，切向應(yīng)力0Θ 的絕對(duì)值最大，其值為：|〇e|max=3S。此處壓應(yīng)力最大，是作用于板側(cè)面均勻壓力S的Ξ倍。 在P和q兩點(diǎn)，θ=3?和θ = 〇,得〇e = S，即在運(yùn)兩點(diǎn)有切向拉應(yīng)力S。 步驟S203:根據(jù)虎克定律：在m和η兩點(diǎn)，目=3?/2和θ = 3 V2，徑向應(yīng)變?chǔ)舝 = 3Sv/E，切向應(yīng)變?chǔ)纽?=-3S/E;在p和q兩點(diǎn)， 0 = ji和θ = 〇,徑向應(yīng)變er = -Sv/E，切向應(yīng)變ee = S/E。對(duì)于鋼v = 0.29,采用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)， 忽略徑向應(yīng)變。 步驟S3:為了測(cè)得落鍵的平均應(yīng)變，將落鍵薄板上鉆兩個(gè)孔，保證兩個(gè)孔的尺寸遠(yuǎn)小于 落鍵的另外兩個(gè)尺寸;孔對(duì)稱的分布在板的中間且孔距較遠(yuǎn)，使孔之間的相互影響可W忽 略。兩個(gè)孔邊對(duì)稱的貼上八個(gè)應(yīng)變片，如圖1所示。為了改善溫度誤差和非線性誤差，提高測(cè) 試靈敏度，應(yīng)變片的電路接法采用惠斯通電橋的全橋接法如圖3。 步驟S301:惠斯通電橋?qū)?yīng)變片阻值的微小變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化。根據(jù)全橋電 路原理，惠斯通電橋CD間的電壓用應(yīng)變表示為：k為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。由于Sq =? =Cc, =-SS/E、氣=Εγ;=町=? =S/E， 此式轉(zhuǎn)化為： V〇 = 4kexVe (7) 此時(shí)，輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系，電壓的靈敏度為4kET，同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用。運(yùn) 樣既實(shí)現(xiàn)了取薄板的平均值，又起到了提高測(cè)試的靈敏度。 步驟S302:在一般情況下，由于加工誤差和材料的不均勻性，很難達(dá)到上面的理想狀 態(tài)，惠斯通電橋輸出的電壓值隨著落鍵的沖擊力發(fā)生變化，因而需要進(jìn)行標(biāo)定。落鍵一般是 由鋼材料制成，鋼在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的力學(xué)性能幾乎相同，采用伺服液壓機(jī)對(duì)落鍵沖擊面進(jìn) 行加載，用所測(cè)靜載荷對(duì)所測(cè)試電壓進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輸出的電壓與所加載荷成線性關(guān) 系。
【專利摘要】本發(fā)明屬于沖擊測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于應(yīng)力集中原理的落錘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其采用惠斯通全橋電路測(cè)試沖擊力的方法。由于落錘的彈性應(yīng)變較小，為了提高測(cè)試的靈敏度，提高抗干擾能力，將落錘做成薄板結(jié)構(gòu)，并在板中間鉆孔，采用應(yīng)力集中原理提高孔周圍的應(yīng)變。采用惠斯通全橋模式連接電路，取得落錘整體的平均應(yīng)變，改善溫度誤差和非線性誤差。采用靜態(tài)加載對(duì)落錘進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輸出的電壓與所加載荷成線性關(guān)系。此方法不同于一般的落錘結(jié)構(gòu)和測(cè)試方法，落錘采用帶有兩個(gè)圓孔的薄板結(jié)構(gòu)，每個(gè)孔內(nèi)均勻布置4個(gè)電阻應(yīng)變片，將8個(gè)電阻應(yīng)變片連接成惠斯通全橋電路，測(cè)出輸出電壓，根據(jù)標(biāo)定得出所測(cè)試的沖擊力。
【IPC分類】G01N3/06, G01N3/34, G01N3/303
【公開號(hào)】CN105547868
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511003178
【發(fā)明人】展婷變, 裴暢貴, 呂淑芳, 裴均曄, 陳智剛, 王堅(jiān)茹, 嚴(yán)志宏
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日