旋轉(zhuǎn)輪盤應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

1、旋轉(zhuǎn)輪盤應(yīng)力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)室2006年3月旋轉(zhuǎn)輪盤應(yīng)力實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解旋轉(zhuǎn)輪盤應(yīng)力實(shí)驗(yàn)的設(shè)備和方法，學(xué)習(xí)電阻應(yīng)邊片測(cè)量旋轉(zhuǎn)輪盤應(yīng)力的原理及測(cè)試技術(shù)。2）測(cè)量旋轉(zhuǎn)輪盤由于離心力引起的周向應(yīng)變t 和徑向應(yīng)變 r 的分布規(guī)律。然后將t 、r 換算成應(yīng)力值 、 并繪出應(yīng)力分布曲線。與理論計(jì)算的應(yīng)力值進(jìn)行比較、分析。2 實(shí)驗(yàn)基本原理1）旋轉(zhuǎn)輪盤的應(yīng)變測(cè)量是以電阻應(yīng)變片為傳感器、將其牢固粘貼于輪盤表面的待測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)輪盤旋轉(zhuǎn)受離心力產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)變片和輪盤一起變形，其電阻則相應(yīng)發(fā)生變化。電阻的變化與應(yīng)變的關(guān)系可由下式表示：式中 ：電阻應(yīng)變片的電阻變化量； ：電阻應(yīng)變片隨輪盤變形產(chǎn)生

2、的應(yīng)變； ： 靈敏度系數(shù)。2)將電阻應(yīng)變片引出的導(dǎo)線經(jīng)過(guò)滑環(huán)式引電器引出后接入多點(diǎn)接線箱和電阻應(yīng)變儀,在離心力的作用下應(yīng)邊片的電阻變化通過(guò)電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓變化，再經(jīng)過(guò)電阻應(yīng)變儀放大，最后可以從電阻應(yīng)變儀的顯示屏上直接測(cè)的應(yīng)變的數(shù)值。其測(cè)試線路如圖1所示：1.輪盤試件 2.接線盒 3.滑環(huán)式引電器 4.多點(diǎn)接線箱 5.電阻應(yīng)變儀6.電磁式轉(zhuǎn)速傳感器 7.數(shù)字測(cè)速儀 8.計(jì)算機(jī)圖1 測(cè)試線路傳感器采用150C 自補(bǔ)償電阻絲應(yīng)變片，使用JSF4 聚合膠或快干膠貼于旋轉(zhuǎn)盤指定的半徑上。為減小引電器內(nèi)引線溫度效應(yīng)的影響，可采用“引電器內(nèi)部補(bǔ)償接線法”如圖2所示。采用預(yù)調(diào)平衡是為了消除初始應(yīng)變對(duì)測(cè)量結(jié)果

3、的影響。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用電磁式傳感器，該傳感器利用電磁感應(yīng)原理將轉(zhuǎn)速信號(hào)換成電壓信號(hào)，通過(guò)數(shù)字式頻率計(jì)或計(jì)算機(jī)測(cè)得轉(zhuǎn)速。f輪盤轉(zhuǎn)速的換算頻率N40個(gè)假葉片所產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)/轉(zhuǎn)n實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分鐘）為消除溫度效應(yīng)，靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量多采用“零讀法”即對(duì)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橋路進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡后，然后開機(jī)待輪盤轉(zhuǎn)速達(dá)到實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)得各點(diǎn)的應(yīng)變值，測(cè)后立即停車，等轉(zhuǎn)速為零后（即離心應(yīng)力為零），再迅速測(cè)量各點(diǎn)的應(yīng)變值（系統(tǒng)溫度升高后的溫度應(yīng)變），則試件實(shí)際應(yīng)變值為： 微應(yīng)變 （） 為實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速下的應(yīng)變 為實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速為零時(shí)的溫度應(yīng)變圖2 引電器內(nèi)部補(bǔ)償接線法3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 試驗(yàn)設(shè)備裝置和測(cè)試系統(tǒng)該實(shí)驗(yàn)設(shè)備是由一直流電動(dòng)機(jī)為傳

4、動(dòng)裝置，功率為40千瓦，轉(zhuǎn)速為0-3000轉(zhuǎn)/分可調(diào)，經(jīng)增速比為11.05的增速器后，旋轉(zhuǎn)輪盤試驗(yàn)件的轉(zhuǎn)速可以從0-33150轉(zhuǎn)/分調(diào)節(jié)。設(shè)備有專門的冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，改變可控硅整流器0220V可調(diào)的直流輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn) 圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置和測(cè)試系統(tǒng) 速，并經(jīng)過(guò)增速器增速便可驅(qū)動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣通過(guò)計(jì)算機(jī)的控制使輪盤在要求的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。其實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置和測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示。2. 試件輪盤試件為周邊開縫式鋁質(zhì)圓盤，共40個(gè)模擬假葉片，如圖4所示，輪盤試件的尺寸及材料性能如下：厚度h=1.5Cm，孔半徑Ro=1.7Cm外緣半徑Rq=20.0Cm，縫邊半徑Rb=23.5

5、Cm試盤材料為L(zhǎng)Y12R鋁合金比重 = 2.7810-3Kg/Cm3 圖4 輪盤實(shí)驗(yàn)試件 彈性系數(shù)E=0.69106 Kg/Cm2，泊松比=0.34 4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、理論計(jì)算：計(jì)算試件在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速時(shí)各所測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變值（計(jì)算方法參考附錄）。2、整理實(shí)驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)變數(shù)據(jù)并按虎克定律換算成應(yīng)力值： 式中： t 周向應(yīng)變 r徑向應(yīng)變3.將理論值與實(shí)驗(yàn)值列表進(jìn)行比較（如表1所示），并繪出應(yīng)力分布曲線，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表1 理論值與實(shí)驗(yàn)值列表截 面123456半徑 （cm）35.58111519應(yīng)力徑向應(yīng)力理論值實(shí)驗(yàn)值誤差%周向應(yīng)力理論值實(shí)驗(yàn)值誤差%應(yīng)變徑向應(yīng)變理論值實(shí)驗(yàn)值誤差%周向應(yīng)變理論值實(shí)驗(yàn)值誤差%5

6、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、將輪盤上應(yīng)變片的引線通過(guò)引電器引出并與應(yīng)變數(shù)據(jù)采集箱和應(yīng)變儀連接；2、將應(yīng)變儀與電腦的串口連接，并將電磁傳感器的信號(hào)線通過(guò)施密特整形電路與MS1214卡的計(jì)數(shù)器相連接，再將MS1214卡的D/A輸出通道經(jīng)過(guò)放大電路與可控硅整流柜相連；3、依次打開電腦、應(yīng)變儀、頻率計(jì)數(shù)器、整形放大電路板、可控硅整流柜的電源及潤(rùn)滑系統(tǒng)電機(jī)電源； 4、打開電腦控制軟件，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并記錄分析各轉(zhuǎn)速下的輪盤應(yīng)變，在此過(guò)程中要特別注意安全；5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后依次關(guān)閉各設(shè)備電源。6 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)等厚輪盤試件在不同轉(zhuǎn)速下各個(gè)半徑處應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算方法。7 思考題1. 用什么方法測(cè)得旋轉(zhuǎn)盤的應(yīng)力與應(yīng)變 ?2. 影響旋轉(zhuǎn)盤的應(yīng)力因素有哪些 ？3. 等厚盤（有、無(wú)外載，有、無(wú)中心孔）的應(yīng)力分布如何 ？4. 如何模擬葉片的離心拉伸應(yīng)力 ？5. 如何消除溫度效應(yīng) ？附錄：1、等厚輪盤應(yīng)力的理論計(jì)算和試驗(yàn)應(yīng)力的換算方法 1）等厚輪盤理論應(yīng)力的計(jì)算 計(jì)算等厚輪盤試件在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速n=5000轉(zhuǎn)/分（實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速以實(shí)驗(yàn)時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為準(zhǔn)）時(shí)各有關(guān)半徑測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)力，其計(jì)算公式如下：式中： V ：Rq到縫邊Rb的圓環(huán)體積F ：Rq處圓環(huán)面積 ：輪盤角速度 =（Rb +Rq）/2 ：平均半徑值Rq ：由假葉片離心應(yīng)力產(chǎn)生的外載2）實(shí)驗(yàn)應(yīng)力的計(jì)算 根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)試的r 、t應(yīng)變數(shù)據(jù)，按虎克定律換算成徑向應(yīng)