壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)

《創(chuàng)新型力學(xué)實(shí)驗(yàn)》壓桿穩(wěn)定臨界載荷測定綜合實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜討B(tài)應(yīng)變儀的使用方法；掌握振動信號的測量方法；測量受壓細(xì)長桿件失穩(wěn)時(shí)的臨界力；討論不同桿端約束條件對臨界力的影響；將材料力學(xué)方法與振動法測量結(jié)果進(jìn)行比較，討論兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn);計(jì)算臨界力，驗(yàn)證歐拉公式，并分析產(chǎn)生誤差的原因。二、 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備動態(tài)信號分析儀、壓桿穩(wěn)定綜合實(shí)驗(yàn)裝置、電阻應(yīng)變片、電渦流傳感器、力錘、力傳感器讀數(shù)器、電渦流讀數(shù)器矩形截面鋼制細(xì)長桿件(彈性模量E=180GPa)三、 實(shí)驗(yàn)原理細(xì)長桿作垂直軸線方向的振動時(shí)，其主要變形形式是彎曲變形，通常稱為橫向振動或彎曲振動，簡稱梁的振動。如果梁是直梁，而且具有對稱面，振動中梁的軸線始終在對稱面內(nèi)。忽略剪切變形和截面繞中心軸轉(zhuǎn)動的影響，即所謂的歐拉梁。它作橫向振動時(shí)的偏微分方程為：EFEIGB^]+pA(x)? =qG,t) (4-6)6x2|_ 6x2] 出2EI(x)為彎曲剛度(E為縱向彈性模量，I(x)為截面慣性矩)，pG)為密度，A(x)為截面積，q(x,t)為分布干擾力，y(x,t)為撓度。若梁為均質(zhì)、等截面時(shí)，截面積A(x)、彎曲剛度EI(x)、密度PG)均為與x無關(guān)的常量，因此，式(4-6)可寫成：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"EI^4^+pA(x)? =qG,t) (4-7)ax4 st2如果梁在兩端軸向力T0的作用下自由振動，其振動的偏微分方程為：\o"CurrentDocument"旦\EIM^]_t +pA.M^=0 (4-8)ax2 ax2 0ax2 at2

對于等截面梁，設(shè):j\x,t)=Y\x)?sinmbt+p7可得d4YG) d2Y(x) T/A八 a2 k4Yvx)=0dx4 dx2式中a=,E， k4=B2*'■EI nEI振型函數(shù)Y(x)=Acos人x+Bsin人x+CchXx+DsKkxTOC\o"1-5"\h\z1 1 2 2II |'idzi ■a2 ■a4 a2 a4式中危1=廠1+門+k4, *2=t1+t7+k4設(shè)xl=ki，70為軸向拉力，求得頻率為：(kl)2E^■ Tl2氣-12tpA[+(kl)2EI

i

此時(shí)相當(dāng)于增加了梁的剛度。若為軸向壓力，則:(kl)2石—Tl2nL12ipAt(kl)2EI相當(dāng)于減少了梁的剛度。若叩牝1，就是梁在軸向力作用下失穩(wěn)的條件。(kl)2EIi①=2Kf(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)(4-13)(4-14)設(shè)(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)(4-13)(4-14)2兀12\pA (kl)2EI則qf2=a-abT，因?yàn)閍、b為常數(shù)，可知第一階固有頻率的平方與軸向壓力呈線性關(guān)系。當(dāng)用振動方法測量壓桿屈曲載荷的時(shí)候，軸向壓力F需逐步增加。每次加載后，輕擊試件，使桿件發(fā)生橫向振動。由粘貼在試件上的應(yīng)變片(或電渦流傳感器）測出此時(shí)試件的時(shí)域響應(yīng)信號。經(jīng)傅立葉變換，即可得到此時(shí)桿件的固有頻率。桿件固有頻率的平方與軸向壓力之間呈直線關(guān)系f2=a-bF，式中常數(shù)a、b取決于桿件的形狀尺寸、材質(zhì)、和邊界條件。用最小二乘法對不同載荷下的測試結(jié)果進(jìn)行擬合，該直線與橫軸的交點(diǎn)所對應(yīng)的載荷就是壓桿的臨界載荷F。cr四、實(shí)驗(yàn)步驟（含注意事項(xiàng)）（一）使用電渦流傳感器1、 連接好所有線路2、 打開計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、力測量顯示器、電渦流位移測量儀的電源3、 打開YE7600軟件，雙擊YE7600圖標(biāo)4、 選擇文件——＞新建——＞輸入項(xiàng)目名稱（例如20120914）——＞確定5、 選擇左下方分析儀設(shè)置----＞前端----＞模擬輸入（鼠標(biāo)右鍵）----＞聯(lián)接輸入通道----＞全選----＞確定——＞輸入設(shè)置——＞采樣頻率設(shè)置為5KHZ＞采樣方式為連續(xù)記錄6、 在線（模式）下，選擇控制（在主菜單里）----＞選擇信號分析儀----＞USB2.0接口 ＞YE6267DynamicSignalAnalyer ＞確定7、 在線（模式）下，選擇通道（在主菜單里）----＞聯(lián)接通道----＞全選----＞確定8、 電渦流傳感器Q9頭接數(shù)據(jù)采集器5A通道9、 調(diào)整（YE3823B電渦流分析儀）5A通道參數(shù)，（YE3830B應(yīng)變分析儀）9.1基本參數(shù)----＞測量物理量----＞選擇電壓Voltage ＞單位 ＞選擇mv----＞外部增益 ----＞輸入0.5——＞量程---＞-500mV——500mV----＞其他項(xiàng)默認(rèn)（例如模態(tài)參數(shù)、索參數(shù)、觸發(fā)參數(shù)、標(biāo)定參賽、應(yīng)變參數(shù)不用改，保持默認(rèn)）9.2調(diào)理單元----＞測試模式----＞選擇加速度----＞外部增益----＞選擇1 ＞傳感器類型 ＞選擇電壓（mv）10、 在線（模式）下，單擊左上角單宗時(shí)域圖標(biāo)，在單宗時(shí)域的圖像中單擊鼠標(biāo)右鍵----＞數(shù)據(jù)源----＞選擇Input3--5A。橫坐標(biāo)放大三次（第一行工具欄中），縱坐標(biāo)放大三次（第一行工具欄中）11、 點(diǎn)擊開始測量（第二行工具欄中播放鍵）----＞在單宗時(shí)域的圖像中單擊鼠標(biāo)右鍵----＞數(shù)據(jù)源----＞選擇Input3--5A。橫坐標(biāo)放大三次（第一行工具欄中），縱坐標(biāo)放大三次（第一行工具欄中）----＞敲擊試件----＞停止測量注意：敲擊試件前，必須讓電渦流位移測量儀位移置零，這樣能減少干擾和初始位移線在零線。12、 單擊界面下方“在線”（模式）——＞離弦模式——＞20120914——＞測量----＞（鼠標(biāo)右鍵）一一＞載入信號一一＞單宗時(shí)域圖標(biāo)，在單宗時(shí)域的圖像中單擊鼠標(biāo)右鍵----＞數(shù)據(jù)源----＞選擇Input3--5A----＞全屏圖標(biāo)13、 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖像或拖列選擇圖像----＞自譜分析----＞數(shù)據(jù)源----＞選擇Input3--5A14、 左上角自譜分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析15、 選擇測量段數(shù)據(jù)，通過移動光標(biāo)讀出峰值固有頻率，并同時(shí)從力測量顯示器讀出力的大小。16、 加載后，重復(fù)10 15操作步驟。17、 電渦流位移測量儀面板：（1） TYPE——＞選擇DC；（2） RANGE——＞選擇10；（3） MODE——＞選擇MEAS（MM）；使用前按AUTO調(diào)零。18、 當(dāng)用振動方法測量壓桿屈曲載荷的時(shí)候，軸向壓力F需逐步增加。每次加載后，輕擊試件，使桿件自由振動。振動信號的測量也像撓度信號一樣，并由虛擬分析儀處理，求出桿件的第一階固有頻率f和軸向加載的力F，拉力為負(fù)，壓力為正，這樣可以得到一系列的點(diǎn)（F,f連接好所有線路。 應(yīng)變片連接方式為方式2（半橋），（原來方式2半橋?yàn)锳D，現(xiàn)在方式2半橋改為DA）；（即一個(gè)溫度補(bǔ)償片接V+和IN+，連接好所有線路。 應(yīng)變片連接方式為方式2（半橋），（原來方式2半橋?yàn)锳D，現(xiàn)在方式2半橋改為DA）；（即一個(gè)溫度補(bǔ)償片接V+和IN+，一個(gè)工作片接IN+和V-，V+、V-、IN-兩端全用鐵片相連）在這種情況下，在拉伸狀態(tài)下，縱向應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，橫向應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變。要求縱向應(yīng)變片接1A，2A；橫向應(yīng)變片接1B，2B。 打開計(jì)算機(jī)、YE6267多通道動態(tài)數(shù)據(jù)采集器、YE4871測力儀（稱重顯示器）、YE5937B雙通道電渦流位移測量儀的電源 打開YE7600軟件，雙擊YE7600圖標(biāo) 在線（模式）下，選擇控制（在主菜單里）----＞選擇信號分析儀----＞USB19、 實(shí)驗(yàn)完畢后切斷電源，輸入輸出電纜和儀器放回原位，并把設(shè)備整理回原樣。（二）使用電阻應(yīng)變片開機(jī)找不到Y(jié)E6267分析儀，重新啟動計(jì)算機(jī)。先關(guān)YE7600軟件，再關(guān)YE6267分析儀電源，否則YE7600軟件死機(jī)。2.0接口 ＞YE6267DynamicSignalAnalyer ＞確定5、 在線（模式）下，選擇通道（在主菜單里）----＞聯(lián)接通道----＞全選----＞確定6、 選擇左下方分析儀設(shè)置----＞前端----＞模擬輸入（鼠標(biāo)右鍵）----＞聯(lián)接輸入 ＞全選 ＞確定----＞輸入設(shè)置----＞采樣頻率——＞10KHZ＞采樣方式（鼠標(biāo)右鍵） ＞連續(xù)記錄7、 選擇文件——＞新建——＞輸入項(xiàng)目名稱（例如20120914）——＞確定或選擇項(xiàng)目----＞加入一新的項(xiàng)目到工作區(qū)----＞輸入項(xiàng)目名稱（例如20120914） ＞確定8、應(yīng)變片信號線頭接YE6267多通道動態(tài)數(shù)據(jù)采集器1A，1B，2A，2B通道9、在線（模式）下，調(diào)整（YE3830B應(yīng)變分析儀）1A，1B,2A,2B通道參數(shù)9.1基本參數(shù)----＞測量物理量----＞選擇應(yīng)變Strain ＞單位 ＞選擇----＞外部增益----＞輸入1＞零點(diǎn)漂移（鼠標(biāo)右鍵） ＞采集零漂（采集信號前操作）9.2應(yīng)變參數(shù) ＞顯示類型 ＞應(yīng)變----＞橋路形式----＞方式2----＞靈敏系數(shù)----＞2.13----＞導(dǎo)線電阻----＞0——＞泊松比——＞0.28----＞彈性模量----＞1——＞橋壓（V）——＞2----＞其他項(xiàng)默認(rèn)（例如模態(tài)參數(shù)、索參數(shù)、標(biāo)定參數(shù)不用改，保持默認(rèn)）9.2調(diào)理單元——＞增益——＞選擇4000——＞橋壓（V）——＞2＞調(diào)零 ＞選擇Execute（鼠標(biāo)左鍵雙擊調(diào)零）----＞其他項(xiàng)默認(rèn)（例如模態(tài)參數(shù)、索參數(shù)、標(biāo)定參數(shù)不用改，保持默認(rèn)）10、 在線（模式）下，單擊左上角單宗時(shí)域圖標(biāo)（四次）----＞打開1A，1B，2A，2B四個(gè)通道----＞單擊垂直排列窗口圖標(biāo)----＞顯示四個(gè)通道信號----＞采集信號----＞停止測量11、離線（模式）下，——＞工作區(qū)——＞20120914——＞測量 ＞Measuement ＞信號（鼠標(biāo)右鍵） ＞載入信號----＞對應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。選擇分析----＞統(tǒng)計(jì)信息（鼠標(biāo)左鍵單擊）一一＞選擇信號（鼠標(biāo)左鍵雙擊）----＞讀出各通道應(yīng)變均值數(shù)據(jù)。并同時(shí)從測力儀（稱重顯示器）讀出力的大小。12、加載力后，每次加載200N，一直加到1600N。重復(fù)10——11操作步驟。注意：查看（在主菜單里）----＞工程面板（單擊鼠標(biāo)左鍵）----＞取消工作區(qū)顯示＞（再單擊鼠標(biāo)左鍵） ＞恢復(fù)工作區(qū)顯示----＞控制面板（單擊鼠標(biāo)左鍵）----＞取消基本參數(shù)顯示 ＞（再單擊鼠標(biāo)左鍵） ＞恢復(fù)基本參數(shù)顯示五、 注意事項(xiàng)：對試件施加的最大載荷不超過壓桿理論臨界力的70%；數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目不少于5個(gè)；每一載荷下，要求對試件的測量重復(fù)幾次；錘擊時(shí)注意激勵力的大小，不要連擊，也不要過載。六、 數(shù)據(jù)處理