基于组合式力传感器的超宽量程力值测量方法研究

针对高准确度超宽量程力值测量的需求,本文提出了一种基于组合式力传感器的力值测量方法,通过对小量程和大量程力传感器的转换,在保证测量准确度的前提下,有效扩展了力传感器的力值测量范围,并进行了实验验证,实验结果表明:采用该组合式力传感器的力值测量方法可以有效扩展单只力传感器测量范围,使传统力传感器的测量范围从额定力值的(10~100)%测量范围扩展到(1~100)%测量范围,该组合式力传感器的准确度高,可以达到0. 01级标准测量仪的技术指标要求,可以作为参考力传感器应用在超宽量程力标准机或材料试验机上。     

车辆轮径测量器检具测量结果不确定度评定

<正>车辆轮径测量器检具分组合量块式和标准圆弧式,本文对标准圆弧式车辆轮径测量器检具进行测量结果不确定度的评定。一、评定过程1.测量原理采用标准圆式车辆轮径测量器检具作为标准器,对车辆轮径测量仪进行直接测量,被检轮径测量仪的     

电容位移测量仪的校准与薄膜的磁致伸缩测量

自制了一套电容位移测量仪的校准装置,并对DWS型电容位移测量仪进行了校准和标定,使位移测量仪在较宽的量程范围内获得的悬臂梁位移测量值的误差≤5％。通过采用经改进校准和标定的位移测量仪,利用悬臂梁-电容法测定了稀土超磁致伸缩薄膜样品的磁致伸缩系数λ,提高了测量精度。     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

带惯性力修正的循环力校准方法研究

疲劳试验设备对试样施加的力值,在静态和动态时的准确度不一致。本文通过建立疲劳试验设备的物理振动模型,得出循环力的误差主要是由传感器与试样间的参振质量的惯性力引入的;推导出了惯性力对循环力幅值的影响量模型,经过对惯性力影响量的修正,最终实现了疲劳试验设备的显示力值与试样的实际受力值一致的目的。采用加速度法、刚度/位移法修正方式,建立带惯性力修正的循环力校准系统,通过比对试验和数据分析,得到了两种修正方法(加速度法、刚度/位移法)以及两种校准方法(传感器法、校准棒法)之间的结果差异小于1%,验证了惯性力修正模型的有效性。     

负荷传感器试验的柔性加荷方法

通过对负荷传感器负荷特性检测实验中叠置加荷方式工作过程的力学分析，提出了柔性加荷的概念，指出准确的载荷控制取决于传感器加载系统结构刚度和施力装置能够实现的位移准确程度，给出了减小系统刚度的技术方法及设计计算公式，并通过试验验证了柔性加荷理论和技术方法的可行性与有效性。在负荷传感器的负荷特性试验中，采用该方法具有试验工作效率高、保证试验测量精度、容易实施和生产成本低的效果。     

运用压电陶瓷的叠加式力标准机研究与应用

本文首先论述了目前广泛应用于传感器负荷特性试验中的叠加武力标准机的工作本质，在建立力学模型的基础上推导出了这种力标准机产生的力值的数学表示式，指出精确位移控制是这种力标准机的工作实质和关键。据此文中提出和论述了利用压电陶瓷通过控制电场强度实现精密位移控制，将其应用于叠加武力标准机上实现力值精密控制的原理和方法。文中还介绍了利用这种原理研制的力标准机的应用情况。研究和应用结果表明，本文提出的力标准机具有全自动化工作、力值准确度高、价格低廉、效率高的优点。     

正弦力校准中降低质量块振动响应不均匀影响的设计方案

力值测量与传感器校准已经非常广泛,而在重要工业领域,对于高频率和大力值动态力的测量与校准要求越来越高。质量块是动态力校准中的关键部件,其振动加速度分布不均匀会增大误差,特别在高频率和大力值情况下会严重影响动态力的校准。指出质量块加速度分布不均匀根源于质量块不是刚体,变形导致速度分布不均;并运用振动冲击保护装置变形吸能的原理提出设计方案,利用不同材料的搭配,让小部分轻质小刚度材料吸收大部分形变能,使密度刚度较高的大块材料相对成为刚体,保证惯性力整体均匀。经过有限元计算验证,该方案可以有效降低质量块振动响应不均匀带来的影响,提高力值复现的准确性。     

基于多传感器数据融合优化地铁转向架承载参数的方法与控制

首先建立以一个能够实时测量位移、压力的测试平台，及能够实现自动加载的液压伺服系统。然后。通过测量机构。把8个差动变压器型直线位移传感器和4个应变片型悬臂梁式称重传感器固定在地铁转向架和测试平台之间。采用D-S证据理论，在不同作动力下，对地铁转向架发生的位移、压力进行多传感器数据融合。评估转向架的最优承载参数。同时介绍了测试平台的控制方案。     

空气静压轴承在橡胶国际硬度测量装置的应用研究

为提高橡胶国际硬度测量装置试验力的准确度,提出将空气轴承应用于橡胶硬度测量装置的施力机构。通过分析橡胶国际硬度测量装置对试验力的要求与测量装置的结构,考虑空气静压轴承的刚度、精度与加工特殊性等因素,探讨空气静压轴承应用于橡胶国际硬度测量装置的可行性,并提出完整的空气静压轴承设计加工方案。实验结果表明:该方案试验力偏差是原有橡胶硬度基准的1/10,能有效提高计量准确度,提升我国橡胶硬度计量水平。     

基于二阶理论的弹性约束变截面悬臂梁刚度与稳定性分析

从计入二阶效应的挠曲微分方程出发,对惯性矩沿轴向二次变化的变截面Bernoulli-Euler梁在弹性约束下的刚度和稳定性进行了分析,推导了在弹性约束下变截面悬臂梁在复合载荷作用下的挠度和稳定性的精确表达式,给出轴向压力引起的挠度影响系数。在极端情况下,该文公式可相应退化为根部固支的变截面梁及等截面梁之刚度与稳定表达式。将该文的计算结果与用ANSYS软件密分单元的计算结果进行分析比较,分析比较结果验证了该文推导的刚度和稳定性表达式的正确性,该文方法可广泛应用于弹性约束下变截面悬臂梁的刚度和稳定性分析。     

基于MEMS平面弹簧的微小载荷测试方法

本文提出一种微小载荷测量方法,搭建了基于MEMS平面弹簧的测量装置,主要由支撑臂、MEMS平面弹簧和激光位移探测器组成.通过激光位移探测器测量MEMS平面弹簧的微小变形,换算得到所施加的微小载荷.采用深反应离子刻蚀(DRIE)等微加工工艺制作了平面微弹簧,并对其进行理论计算和仿真模拟,给出了刚度范围,最后通过实际测量的方式进行了实验标定.结果显示:MEMS平面弹簧的标定刚度为7.88 mN/μm,其结果与理论及仿真结果较接近,测量精度可达0.08 mN.使用该装置和精密电子天平分别对10组微小质量试块进行测量,其平均误差率为5.75%.     

A small cantilever beam test for determination of creep properties of materials

The application of small specimen creep test techniques in the evaluation of creep properties of materials in‐service has been increasing. To obtain the creep data accurately and conveniently, a new creep test method with small cantilever beam specimens is proposed. Analytical equations are derived that can convert the load to equivalent uniaxial stress and the displacement rate to equivalent uniaxial strain rate. Three types of the cantilever beam specimens are designed. The optimal configuration of the cantilever beam specimens is recommended with the aid of finite element method, which is further validated by the cantilever beam and uniaxial specimen tests. The results show that parameters obtained from the cantilever beam tests correspond reasonably well with those from uniaxial tests at low stress levels. With a relatively large equivalent gauge length, the cantilever beam specimen allows the small creep strain rate data obtained with a high accuracy.     

Assessment of debond simulation and cohesive zone length in a bonded composite joint

Finite element methods combined with cohesive elements were used to simulate progressive failure behaviour in a bonded double cantilever beam configuration. The introduced cohesive zone was represented by three cases. Responses of both global load–displacement and local cohesive traction–separation were investigated. An unexpected finding was that the overall cohesive traction stiffness was much less than the assumed input value. In addition, the local nodal separation moment was identified. Consequently, correct cohesive zone lengths were obtained using the extracted traction profile along the cohesive zone path at this moment. Information of the global load–displacement profile, traction stiffness, and cohesive zone length induced by the three zone cases was explored. Moreover, the study can explain why very small cohesive zone lengths are generated numerically, as compared to theoretical solutions. Recommendations on the application of the numerical model with cohesive elements to practical experimental analysis were suggested.     

中低频集中质量悬臂式簧片仪基频分析方法研究

簧片仪是一种中低频冲击响应谱测量装置,设计时可将其简化为端部附带集中质量的悬臂梁。簧片仪的振型方程中存在超越函数,对于等截面簧片仪来说,可使用二分法等数值方法求解,计算量较大,该方法不适用于复杂截面簧片仪基频设计。首先利用悬臂梁自由端受集中力的挠度公式,推导出其等效刚度等效单自由度的弹簧振子系统,利用弹簧振子相关频率公式解决求解集中质量等截面悬臂梁的基频问题,该方法与振型方程求解的基频对比,发现在10 Hz以下的中低频区域,可以很好的保证等截面悬臂梁的基频精度,大于10 Hz的中频段,误差随频率的升高而迅速增大。接下来,通过Mohr积分的方法,推导出等强度集中质量悬臂梁自由端的最大挠度,并给出其基频的设计公式,该方法与试验进行对比,发现误差与等截面悬臂梁有相同趋势,因此利用瑞利能量法修正设计公式中的质量参数,修正后与实验误差在5%左右。经理论与试验验证,所提出的簧片仪设计方法简单可行、计算结果可信。     

新型微纳测头刚度模型及变刚度特性分析

微纳测头是精密测量机的关键部件,其刚度特性直接影响坐标测量机的整体性能。基于压杆失稳原理,构造一种具有变刚度特性的新型微纳测头。利用压电装置驱动柔性机构变形以改变柔性支撑梁的轴向受力和横向刚度,从而改变约束支撑机构的整体刚度。综合考虑测头的刚度特性、结构稳定性和解耦性等因素,构造出基于十字交叉型悬臂梁支撑的变刚度微纳测头。利用最小势能原理构建微纳测头约束支撑机构的刚度模型,基于模型获得所需压电驱动力大小。通过有限元仿真得到测头刚度随压电驱动力变化的曲线。对比刚度理论计算值与仿真值,分别得到微纳测头约束支撑机构的轴向刚度及横向刚度的平均相对误差。仿真结果表明,建立的刚度理论模型具有较高的准确性。研究结果为该新型微纳测头的变刚度控制奠定了理论基础。     

解析型Winkler弹性地基梁单元构造

该文采用Winkler弹性地基梁理论确定了弹性地基梁的挠度方程解析通解; 根据最小势能原理建立了解析型Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁的单元刚度及等效节点荷载; 得到了解析型弹性地基欧拉梁单元AWFB-E及铁摩辛柯梁单元AWFB-T。同时,论文还采用传统里兹法求得了相应的Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁单元刚度矩阵,得到了里兹法弹性地基欧拉梁单元RWFB-E及铁摩辛柯梁单元RWFB-T。对该文构建的两类单元与一般梁-基体系有限元分析结果及理论解析解进行了对比。对比结果表明,传统里兹法由于其多项式形函数无法精确模拟弹性地基梁变形,因此其结果与理论解析解有误差,但随着单元数量增多其误差减小; 采用解析型单元进行计算时,无论单元数量多少,得到的均为“真实”解,说明解析试函数法求得的位移形函数比一般的多项式形函数精确,得到的弹性地基梁单元具备解析型、精确性的特点,可应用于解决实际工程问题。     

无加劲方钢管柱-H形钢梁节点弹性刚度的级数解答

按照欧洲规范EU3(EN1993-1-8)的计算方法,平面无加劲方钢管柱与H 形钢梁直接焊接节点一般情况下是半刚性的,其半刚性主要是由于柱壁平面外变形引起的.为准确计算包含这种节点的结构的位移、构件内力,需要确定节点弹性刚度.日本规范《钢构造接合部设计指针》根据试验和数值分析结果拟合出了该刚度的计算公式,但在力学概念上存在缺陷,且当梁与柱材料屈服强度取不同值时的计算结果与实际情况差异较大.该文从经典弹性板壳理论出发,依据数值分析建立的梁翼缘截面应力分布模型,推导出与柱壁变形相关的刚度的级数解答,其结果与试验数据、有限元数值结果能较好吻合.     

Further study on the refined theory of rectangle deep beams

Based on the refined theory for narrow rectangular deep beams, two different displacement boundary conditions of the fixed end of a cantilever beam are used to study the deformation of the beam. One is the conventional simplified displacement boundary condition, and the other is a new boundary condition determined by the least squares method. Three load cases are investigated, which are a transverse shear force at the free end of the beam, a uniformly distributed load at the top surface, and a linearly distributed load at the top surface, respectively. Solutions are given for both the refined theory and the Timoshenko beam theory and are compared with the known solutions from the elastic theory and results by the finite element method. It is shown that the solutions of the refined theory coincide with those of the elastic theory; the solutions from the Timoshenko theory by using the two different displacement boundary conditions are the same; the refined theory by using the new boundary condition provides better results than using the conventional boundary condition and also better than those of the Timoshenko beam theory.     

An accurate solution for the responses of circular curved beams subjected to a moving load

In this paper, an accurate and effective solution for a circular curved beam subjected to a moving load is proposed, which incorporates the dynamic stiffness matrix into the Laplace transform technique. In the Laplace domain, the dynamic stiffness matrix and equivalent nodal force vector for a moving load are explicitly formulated based on the general closed‐form solution of the differential equations for a circular curved beam subjected to a moving load. A comparison with the modal superposition solution for the case of a simply supported curved beam confirms the high accuracy and applicability of the proposed solution. The internal reactions at any desired location can easily be obtained with high accuracy using the proposed solution, while a large number of elements are usually required for using the finite element method. Furthermore, the jump behaviour of the shear force due to passage of the load is clearly described by the present solution without the Gibb's phenomenon, which cannot be achieved by the modal superposition solution. Finally, the present solution is employed to study the dynamic behaviour of circular curved beams subjected to a moving load considering the effects of the loading characteristics, including the moving speed and excitation frequency, and the effects of the characteristics of curved beams such as the radius of curvature, number of spans, opening angles and damping. The impact factors for displacement and internal reactions are presented. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.