旋轉輪盤應力實驗

1、旋轉輪盤應力實驗實驗指導書發(fā)動機結構強度實驗室2006年3月旋轉輪盤應力實驗1 實驗目的1）了解旋轉輪盤應力實驗的設備和方法，學習電阻應邊片測量旋轉輪盤應力的原理及測試技術。2）測量旋轉輪盤由于離心力引起的周向應變t 和徑向應變 r 的分布規(guī)律。然后將t 、r 換算成應力值 、 并繪出應力分布曲線。與理論計算的應力值進行比較、分析。2 實驗基本原理1）旋轉輪盤的應變測量是以電阻應變片為傳感器、將其牢固粘貼于輪盤表面的待測點上，當輪盤旋轉受離心力產(chǎn)生變形時，應變片和輪盤一起變形，其電阻則相應發(fā)生變化。電阻的變化與應變的關系可由下式表示：式中 ：電阻應變片的電阻變化量； ：電阻應變片隨輪盤變形產(chǎn)生

2、的應變； ： 靈敏度系數(shù)。2)將電阻應變片引出的導線經(jīng)過滑環(huán)式引電器引出后接入多點接線箱和電阻應變儀,在離心力的作用下應邊片的電阻變化通過電橋電路轉換成電壓變化，再經(jīng)過電阻應變儀放大，最后可以從電阻應變儀的顯示屏上直接測的應變的數(shù)值。其測試線路如圖1所示：1.輪盤試件 2.接線盒 3.滑環(huán)式引電器 4.多點接線箱 5.電阻應變儀6.電磁式轉速傳感器 7.數(shù)字測速儀 8.計算機圖1 測試線路傳感器采用150C 自補償電阻絲應變片，使用JSF4 聚合膠或快干膠貼于旋轉盤指定的半徑上。為減小引電器內引線溫度效應的影響，可采用“引電器內部補償接線法”如圖2所示。采用預調平衡是為了消除初始應變對測量結果

3、的影響。轉速測量采用電磁式傳感器，該傳感器利用電磁感應原理將轉速信號換成電壓信號，通過數(shù)字式頻率計或計算機測得轉速。f輪盤轉速的換算頻率N40個假葉片所產(chǎn)生的電脈沖信號/轉n實驗轉速（轉/分鐘）為消除溫度效應，靜態(tài)應變測量多采用“零讀法”即對測點對應的橋路進行預調平衡后，然后開機待輪盤轉速達到實驗轉速時，測得各點的應變值，測后立即停車，等轉速為零后（即離心應力為零），再迅速測量各點的應變值（系統(tǒng)溫度升高后的溫度應變），則試件實際應變值為： 微應變 （） 為實驗轉速下的應變 為實驗轉速為零時的溫度應變圖2 引電器內部補償接線法3 實驗設備1. 試驗設備裝置和測試系統(tǒng)該實驗設備是由一直流電動機為傳

4、動裝置，功率為40千瓦，轉速為0-3000轉/分可調，經(jīng)增速比為11.05的增速器后，旋轉輪盤試驗件的轉速可以從0-33150轉/分調節(jié)。設備有專門的冷卻潤滑系統(tǒng)。通過計算機編程，改變可控硅整流器0220V可調的直流輸出電壓，從而調節(jié)直流電機的轉 圖3 實驗設備裝置和測試系統(tǒng) 速，并經(jīng)過增速器增速便可驅動輪盤轉動，這樣通過計算機的控制使輪盤在要求的實驗轉速下穩(wěn)定運轉。其實驗設備裝置和測試系統(tǒng)如圖3所示。2. 試件輪盤試件為周邊開縫式鋁質圓盤，共40個模擬假葉片，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LY12R鋁合金比重 = 2.7810-3Kg/Cm3 圖4 輪盤實驗試件 彈性系數(shù)E=0.69106 Kg/Cm2，泊松比=0.34 4 實驗內容1、理論計算：計算試件在實驗轉速時各所測點的應力和應變值（計算方法參考附錄）。2、整理實驗測得的應變數(shù)據(jù)并按虎克定律換算成應力值： 式中： t 周向應變 r徑向應變3.將理論值與實驗值列表進行比較（如表1所示），并繪出應力分布曲線，分析實驗結果。表1 理論值與實驗值列表截 面123456半徑 （cm）35.58111519應力徑向應力理論值實驗值誤差%周向應力理論值實驗值誤差%應變徑向應變理論值實驗值誤差%周向應變理論值實驗值誤差%5

6、 實驗步驟 1、將輪盤上應變片的引線通過引電器引出并與應變數(shù)據(jù)采集箱和應變儀連接；2、將應變儀與電腦的串口連接，并將電磁傳感器的信號線通過施密特整形電路與MS1214卡的計數(shù)器相連接，再將MS1214卡的D/A輸出通道經(jīng)過放大電路與可控硅整流柜相連；3、依次打開電腦、應變儀、頻率計數(shù)器、整形放大電路板、可控硅整流柜的電源及潤滑系統(tǒng)電機電源； 4、打開電腦控制軟件，控制電機轉速，并記錄分析各轉速下的輪盤應變，在此過程中要特別注意安全；5、實驗結束后依次關閉各設備電源。6 實驗準備及預習要求預習等厚輪盤試件在不同轉速下各個半徑處應力應變的計算方法。7 思考題1. 用什么方法測得旋轉盤的應力與應變 ?2. 影響旋轉盤的應力因素有哪些 ？3. 等厚盤（有、無外載，有、無中心孔）的應力分布如何 ？4. 如何模擬葉片的離心拉伸應力 ？5. 如何消除溫度效應 ？附錄：1、等厚輪盤應力的理論計算和試驗應力的換算方法 1）等厚輪盤理論應力的計算 計算等厚輪盤試件在實驗轉速n=5000轉/分（實驗轉速以實驗時的實際轉速為準）時各有關半徑測量點的應力，其計算公式如下：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 ：由假葉片離心應力產(chǎn)生的外載2）實驗應力的計算 根據(jù)實驗所測試的r 、t應變數(shù)據(jù)，按虎克定律換算成徑向應