高温电阻应变合金的研究及应用进展

电阻应变计是将被测构件的应变量转换为电阻变化的测试单元,是发动机涡轮叶片应力/应变分析监测的有效手段,而电阻应变敏感栅材料是电阻应变计的关键材料。随着发动机推重比不断增大,涡轮前温度越来越高,要求敏感栅材料的工作温度也越来越高。本文阐述了高温电阻应变材料的发展现状,重点介绍贵金属钯基合金、铂基合金电阻应变材料的成分设计、组织与性能、使用温度等特性。其中PtWReNiCr(Y)合金已经成功应用到1000℃动态应变测试;PtRhWZr(Y)可以用于1138℃的动态应变测试;PtRhMoWZr(Y)可望用于1150℃的动态应变测试,工作温度比传统的电阻应变合金Pt-8W提高了近350℃。最后介绍了使用温度更高的金属氧化物应变计的研究现状。

提高电阻应变式轧制力测力仪测量精度的方法

针对电阻应变式轧制力测力仪,分别从传感器和二次仪表两方面分析了提高测量精度的方法。传感器的制造精度、现场安装条件是影响精度的主要因素。激励电源倍压法和六线制电桥线路,有助于减少激励电源带来的误差。传感器的比例校准法,可以解决因校准误差引起测量误差的问题,在轧钢现场应用非常方便,考虑到轧钢现场传感器与二次仪表之间电缆线的问题,经数学推导,得出了校准比值的修正公式。

长试验时间激波风洞测力技术研究

中国科学院力学研究所复现飞行条件高超声速激波风洞JF12的落成突破了毫秒级试验时间的瓶颈,有效试验时间超过100 ms.因此,对于JF12长试验时间激波风洞的测力试验,基于应变天平技术较为成熟、结构简单等优点,我们考虑采用传统的应变计天平.但是,激波风洞来流冲击所带来的惯性力干扰导致天平测力系统产生低频振动,传统内置应变天平的结构刚度很难保证信号有足够的处理周期,这大大限制了激波风洞测力模型的尺寸和重量.针对这个难题,基于JF12激波风洞的运行特点及对测力天平刚度特性的特殊要求,优化设计了应变天平的测力单元结构以适用于这种脉冲动态测力试验,相应加工制造了大刚度、低干扰、高灵敏度的系列脉冲型应变天平,结构形式包含了杆式和盒式,最大载荷(法向力)从1 k N到30 k N,以满足不同尺度飞行器的测力试验需求.同时,我们应用不同尺度的测力模型对研制的脉冲型天平在JF12激波风洞进行了一系列动态气动力测量试验,以进一步评估JF12系列脉冲型应变天平的结构特性和测力性能.

盲孔法测量残余应力的钻削加工应变

采用一种新的钻孔标定方法──有应力钻孔标定法，研究了盲孔法测量残余应力过程中外加应力与钻削加工应变的关系。结果表明，加工应变的大小不仅与应力水平有关，而且与应力性质有关。试验获得的钻孔加工应变ε＿（ｐｍ）与钻孔释放应变△ε之间的关系为一简单的线性关系：ε＿（ｐｍ）＝ａ△ε＋ｂ。武中ａ、ｂ为测量系数，与钻孔方法、被测材料等因素有关。本关系的获得使得采用刃具钻孔测量残余应力的精度有很大提高。

高温封隔器胶筒与套管接触压力的实验研究

本文利用所研制的高温封隔器测试装置，应用高温电阻应变测试技术与有限元相结合的方法，研究了油井高温封隔器胶筒与石油套管内壁接触压力大小和分布规律，为优化高温封隔器的设计，提供有价值的数据。

植物叶片水分间接柔性测量传感器的研究

针对当前植物节水灌溉非闭环控制问题 ,运用系统分析理论与方法 ,依据植物茎和叶的几何尺寸参数与其水分之间存在直接、准确的对应关系 ,当测量精度达到微米量级时 ,就可以此类参数作为精确的反馈控制变量 ,提出利用植物本身的生理调控机制和基于物理方法的植物水分非破坏性高精度检测技术 ,实现精密高效的闭环微灌溉智能控制系统 ,可以实现真正意义上的最优化节水灌溉。研制结构简单、测量精度高、抗环境干扰能力强、可靠性高的微位移传感器 ,对丰富节水灌溉理论与技术、形成农业新产品具有重要意义。

低阻抗多孔介质材料的SHPB实验技术

低阻抗多孔介质材料具有较低的密度和弹性波速，对其实施动态压缩实验具有一定的难度。本文在充分分析聚氨酯泡沫试件由于低阻抗所带来的各种影响因素后，提出了在ＳＨＰＢ装置上对低阻抗多孔介质材料进行动态测试时所应采取的半导体应变片技术及新的ＳＨＰＢ数据计算模式，初步解决了ＳＨＰＢ装置上对低阻抗多孔介质测试的难点。

大范围光纤Bragg光栅压力传感器增敏实验研究

鉴于钛合金材料具有低弹性模量、受温度影响小等特性，设计制作了一种以钛合金管作为光纤Bragg光栅应变增敏衬底元件的高压压力传感器件．通过与电阻应变计实时监控的对比，从实验上研究了光纤Bragg光栅的中心波长偏移对调谐压强的响应．结果表明：这种增敏设计，具有良好的线性响应和可重复性，且与理论推导结果吻合较好．增敏后对压力的响应灵敏度可达0．034nm／MPa，测压量程可达0～40MPa，甚至更宽．

高压电缆接头界面压力测试研究

为准确测量高压电缆接头的界面压力以保障接头电气性能良好,设计了橡胶件界面压力测试装置,它采用一个与电缆外径相同的铝质薄壁管,在内部粘贴应变片,用电测法测量橡胶件施加载荷时内壳壁的应变量,再利用有限元分析获得外壁界面压力值。结果表明,设计的测试装置可操作性良好,测试精度满足要求。

飞机主起落架载荷谱实测的台架标定

针对某战斗类飞机的主起落架自身结构和其受力特点,确定了测量其载荷时应变片粘贴位置及其组桥方式。根据航向载荷作用点的不同并考虑压缩行程的影响,提出了压缩行程影响因子,并把其引入标定方程,同时运用多元回归及优化方法建立标定载荷方程,由此得出实测载荷谱,为起落架的定寿延寿及可靠性设计提供了重要依据。

一种可用于飞行载荷测量的改进遗传算法

应变电桥选择直接决定着飞行载荷测量的精度。通过消除不相关应变电桥,给出了一种适用于飞行载荷测量应变电桥选择的改进遗传算法。通过和穷尽搜索法及传统遗传算法的比较,分析了该改进遗传算法的性能,并将该算法应用于某起落架载荷测量。结果表明:该改进遗传算法可获得具有可接受精度及较小不相关性的高质量载荷方程。

混凝土断裂过程及尺寸效应分析

为研究混凝土裂纹断裂过程和最大承载力计算方法,通过实验机对四种不同尺寸混凝土紧凑拉伸断裂试件进行了加载过程实验,并对其中一个试件进行应变片跟踪测试。由实验结果分析得到了一系列关系曲线,如试件的载荷-加载点位移关系曲线,断裂损伤区变形随载荷变化曲线;并且计算了不同尺寸断裂试件的应力强度因子。结合计算粘聚裂纹应力强度因子的公式与断裂准则,完成了对承载力理论值的计算,并将其与实验峰值平均值进行对比,其结果是两者相比误差较小,表明此种计算裂纹结构最大承载力方法是可行的。

某大型超静定框架的动态应力测试与有限元分析

对于在多载荷场下工作的大型、复杂钢结构设备,由于其自重及多种载荷的影响,边界条件比较复杂,采用单一的试验测试技术手段或仿真计算手段都很难精确地获得其真实应力状态。采用应变电测方法和有限元仿真计算方法相结合,对某厂大型的超静定平移框架的本体钢结构应力分布及载荷分布进行了综合的分析,利用测试数据结果对有限元建模的边界条件进行了优化,利用有限元计算结果对测试结果进行了修正。测试及计算分析结果表明,采取实验测试和仿真计算相结合的技术手段,能够弥补单纯试验测试技术和计算技术的不足,充分发挥了实验测试技术和仿真计算技术的优点,提高了分析的精度。是全面掌握大型超静定框架类结构应力状态的有效的方法。

脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用

介绍了一种用于脉冲燃烧风洞高超重载模型冷、热态测力试验的腹支内式六分量应变天平研制方案。燃烧脉冲风洞试验时间短、冲击载荷大,模型重量大,要求天平能够快速响应,设计方案兼顾了刚度和灵敏度,天平静校指标满足要求。试验结果表明,天平输出信号与燃烧室压力的跟随性良好,能够正确反映模型的受力状态,轴向力系数的重复性精度达到了1.6%,天平性能稳定,由模型/天平/支架构成的测力系统在轴向力、法向力和俯仰力矩3个分量上输出信号的主频均满足脉冲风洞的测力要求。该天平方案满足重载模型在脉冲燃烧风洞试验中的测力要求。

钻孔法中光栅应变花与电阻应变花测量变形的比较

针对钻孔法测量残余应力方法中变形测量存在的误差,提出用光栅应变花测量钻孔所释放的残余应变.应用光栅应变花测量应变,既可以测量孔到边3个方向上的线应变,又可以逐点测量到整个应变场,避免了电阻应变花因难以定位、平均应变等带来的误差.通过对已知应力状态试件的测试及与理论计算比较,得到了比较满意的结果,证明该方法是可行的.

低剂量水泥稳定碎石基层干缩温缩性能研究

针对目前半刚性基层易出现温缩与干缩裂缝这一难题,试图从降低水泥剂量的角度来减少裂缝的产生。将低剂量水稳碎石做成梁式试件,并在两侧粘以电阻应变片,通过温度变化和含水量变化试验,测得了水泥剂量为2%、3%和4%的梁式试件的温度收缩系数和干缩系数。结果表明,不同龄期的干缩试验均呈现明显规律性,即随着水泥剂量的增大,干缩系数增大。在水泥剂量低于3%的情况下,28 d干缩系数对水泥剂量的变化较为敏感。7 d与28 d龄期随着水泥剂量增大平均温缩系数增大,高温下的平均温缩系数要明显大于常温和低温的。

脊柱侧弯应用PRSS矫正过程中的力学性能研究

[目的]脊柱侧弯时椎体和椎间盘出现凹侧低、凸侧高的楔形变,造成两侧的不对称应力;而在应用PRSS侧推矫形后不对称应力相应减少。本实验用模型实验方法研究PRSS矫正脊柱侧弯过程中的力学行为。[方法]椎体模型选择铝材,椎间盘及韧带模型材料选择聚碳酸脂,建立5个椎体、4个椎间盘的脊柱模型并模拟轻度侧弯情况,分别取纵向载荷为0kg、5kg、10kg、15kg、20kg,横向载荷分别为0kg、3kg、6kg、9kg、12kg。按原型矫正过程的载荷,进行加载试验,利用光弹性法及应变电测法测量了模型应力。利用有限元ANSYS软件模拟并验证实验的可靠性。[结果]脊柱受矫正力后,脊柱处于纵向力和横向力的联合作用状态,界面法向应力分布明显改变,凸侧的法向压应力增加,凹侧的压应力降低并可转变为拉应力。拉应力值与矫正力成正比关系。在一定的矫正力作用下,模型凹侧压应力值逐渐减小,直至出现拉应力,而凸侧依然是压应力,并且应力值比施加矫正力前更大。[结论]脊柱侧弯应用PRSS矫正过程中,随着矫正力的增加,凸侧的压应力增大,同时凹侧的压应力迅速减小并可产生拉应力,这样可促进凹侧骨的生长,抑制凸侧骨的生长,使脊柱生长变直,从而达到矫正脊柱侧弯的目的。

飞机机翼载荷校准试验的有限元仿真方法

飞机机翼载荷校准试验是飞机载荷验证试飞的关键工作之一,校准结果的精度及有效性主要取决于试验方案设计的合理性。为了对其开展仿真研究,研究了对机翼载荷校准试验进行有限元仿真的方法,实现了建立有限元仿真模型、设计"虚拟"应变电桥和施加"虚拟"校准载荷等关键技术。以此对某机翼载荷校准试验进行了仿真,将仿真结果和试验结果进行了对比,评价和分析了仿真结果。应用结果表明,方法具有令人满意的精度和可行性。

上颌全口义齿基托动态应变分析

采用电阻应变片法在配戴全口义齿的患者口腔内测量了义齿基托在咀嚼与非咀嚼状态下的应变,对基托变形模式、应变大小与方向等进行了初步分析,并对改善口腔修复工作提出了建议。

应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子试验研究

基于扩展裂纹尖端附近应变场分析,采用冲击载荷作用的三点弯曲梁进行试验,开展了应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的研究。明确了应变片与裂纹扩展方向之间朝向角为特定锐角和钝角条件下,动态裂纹尖端附近的归一化应变采用与裂纹扩展速度、应变片黏贴位置相关的二项式来表示,给出了二项式的相关系数确定过程和动态应力强度因子计算式。结果表明,二项式的理论计算的应变与时间关系变化曲线与试验实测相吻合;选取曲线最大值两侧3/4峰值处的时间差为特征时间△t时,理论计算结果与实测的应变与时间关系一致性较高;选用理论计算和试验实测的应变与时间关系变化曲线最大值,结合计算式,确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子,同时,与采用动焦散线法计算的结果进行对比,验证了应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的可行性。研究过程为应变片法在岩石断裂力学特征量的测定提供了理论基础。