船舶結構力學手冊

試驗1：應變片的粘貼技術試驗目的通過試驗理解應變片的測量原理及應變片的選用；通過應變片的實際粘貼、接線，初步掌握應變片的貼粘工藝過程；可以進行粘貼質(zhì)量的檢查并會采用合適防潮措施。、試驗儀器、(1)試件：條形鋼(2)不一樣規(guī)格型號的應變片(3)粘貼劑：704硅膠、保護劑(4)儀表：兆歐表、惠斯登電橋、萬用表(5)焊接工具：電烙鐵、焊錫、松香(6)電吹風(7)其他：0.02-0.04㎝導線，絕緣膠帶紙，棉紗、脫脂棉、無水酒精、劃絲、卡尺、0＃砂紙等。、試驗內(nèi)容及環(huán)節(jié)應變片的準備根據(jù)測試的內(nèi)容（拉壓力、扭矩、加速度等）、測試條件及貼片部位的狀況和布片方案，二次代表的規(guī)定（阻值、敏捷度系數(shù)等）等原因，選擇合適的應變片，在同一橋路中，應變片的敏捷度系數(shù)和原始阻值應盡量一致，阻值之差不能超過電阻應變儀的電阻平衡范圍（0.5Ω），阻值相差太大，導致電橋的初始不平衡，影響測量精度。應變片的幾何尺寸也應選擇得當。用目測檢查應變片敏感珊與否排列整潔；先用萬用表初查應變片有無斷路和短路現(xiàn)象及粗略的原始電阻值，再用惠斯登電橋精確測量應變片的阻值（精確到0.1Ω）。2.構件貼片表面的處理為了保證一定的粘貼強度，必須對構件表面進行處理，試件貼片部位需要處理的面積應不小于應變片的基底。首先要去掉表面的銹斑、油漆、氧化皮等污垢；然后用砂輪將表面打平，再用0#或1#砂布磨光。假如是光滑的加工表面，用0#或1#砂布沿與應變片縱向線成450的方向打出某些紋路。打磨面積約為應變片的3-5倍。3.劃線在處理好的表面上,定出測點確切位置,用劃針通過測點輕輕劃出貼應變片位置的中心線，即應變片的方位線。4.清洗貼片表面用脫脂棉球蘸無水酒精對貼片表面進行擦洗。一般要擦洗2到3次，直到?jīng)]有油污為止。擦好的表面切勿用手或其他物觸碰。5．貼片在應變片貼面上涂一薄而均勻的膠層,然后把應變片放到貼片位置上(注意對準坐標線)。尤其注意要保證應變片的方位；然后在應變片上蓋一張玻璃紙，一手捏住引出線，用另一只手的母指或食指從片頭到片尾輕輕均勻地滾壓，把多出的膠水和氣泡擠出，直到應變片粘住為止。應變片貼完后，應當膠層均勻、位置精確、整潔潔凈。6．干燥固化貼片后，按照所用粘結劑規(guī)定的措施和時間進行干燥固化。一般在貼好后需自然干3到4小時，或更長。但為了更快地固化好，可以在自然干燥一定期間后，用熱吹風吹烘。7．焊接引出導線為保證焊接處的絕緣，焊前在應變片的引出線下面粘貼一層絕緣膠帶紙，此舉意在保證引出線焊點處的絕緣。爾后將測量導線的一端靠近應變片的引出線，在測量導線焊接端去皮約3mm并涂上焊錫后，用電烙鐵將應變片引出線與測量導線進行錫焊．接時要快且準，以免產(chǎn)生氧化物而影響焊點質(zhì)量，焊點規(guī)定光滑牢固、無虛焊、假焊、以保證焊點的機械性能和電氣性能，焊好后將引線用絕緣膠帶固定。為防止機械損傷，可用織物或膠布將貼片部位保護。8．貼片質(zhì)量檢查（1）檢查應變片的粘貼與否牢固，膠層與否均勻，位置與否精確。（2）用萬用表檢查已貼好的應變片有無斷路或短路現(xiàn)象，應變片的原始阻值有無變化（3）用萬用表高阻檔或兆歐表檢查應變片與構件表面間的絕緣電阻，在一般試驗中絕緣電阻抵達500到1000兆歐就即可。絕緣電阻小，表面粘貼質(zhì)量不好，會使應變儀調(diào)平困難及應變片在工作中產(chǎn)生較大的蠕變。注意：用兆歐表測量絕緣電阻時，要慢搖手柄，嚴防擊穿；一般狀況下，應盡量少用兆歐表。9．應變片的防護應變片接好導線后，應立即涂上防護層。這重要是防止大氣中水分的侵入，應變片吸水后會減少絕緣電阻、粘結強度會影響其正常使用。常用環(huán)氧樹脂來作防潮防護。四、試驗匯報總結貼片的工藝過程及質(zhì)量檢查規(guī)定所貼應變片的型號，阻值及敏捷度系數(shù)為何規(guī)定應變片電阻絲與試件的絕緣電阻高？確定支座構造的柔性系數(shù)試驗目的1.通過試驗深入理解構造相對剛度的概念2.熟悉百分表的使用措施及試驗數(shù)據(jù)的處理。二.試驗設備與儀表1.兩付相對剛度不一樣的簡樸剛架。2.二套連座百分表。3.0.5kg和0.1kg砝碼若干個。試驗原理剛架如下圖1，應用能量法或位移法，可以求得在集中力Ｐ作用下，剛架梁跨中的撓度y為y==試驗模型剛架I為：橫梁b=12mm；h=8mm；l=500m豎梁b=12mm；h=2mm；H=300mmE=210GPa這樣y==0.963按其求得的梁跨中撓度誤差約為3.7?？梢姡斬Q梁很弱、橫梁很強，可將剛架梁簡化簡支梁,試驗模型剛架II為：橫梁b=12mm；h=2mm;l=500mm豎梁b=12mm；h=8mm;H=300mmE=210GPa這樣，y==1.014按其求得的梁跨中撓度誤差約為1.4。可見，當豎梁很強、橫梁很弱，可將剛架梁簡化兩端剛性固定梁。試驗內(nèi)容和環(huán)節(jié)用電子數(shù)顯百分表測量剛架跨中撓度。1.將電子數(shù)顯百分表安裝在萬向磁性表架上，將電子數(shù)顯百分表的測桿垂直頂在橫梁的中點。2.將電子數(shù)顯百分表置位移檔并置零。3.在橫梁的中點掛好花蘭,并加砝碼加載,每個花蘭為100g，砝碼為100g、400g、500g，根據(jù)表1和表2規(guī)定加載。并同步梁試驗匯報的內(nèi)容對試驗數(shù)據(jù)、試驗中的特殊現(xiàn)象、試驗操作的成敗、試驗的要點等內(nèi)容進行整頓、解釋、分析總結，回答思索題，提出試驗結論或提出自己的見解等。試驗數(shù)據(jù)單位要完整。九．附錄1．百分表登記表表1剛架Ｉ（強橫梁）測量數(shù)據(jù)表載荷第一次第二次500g1000g1500g500g1000g1500g撓度值加載卸載平均表2剛架II（弱橫梁）測量數(shù)據(jù)表載荷第一次第二次100g200g300g100g200g300g撓度值加載卸載平均2.實測撓度值與理論計算值匯總表3實測值與理論值匯總載荷撓度Ｉ梁=2\*ROMANII梁500g1000g1500g100g200g300g實測值y1理論值y2誤差試驗3：板架彎曲試驗試驗課時：2課時試驗類型：驗證 試驗規(guī)定：必修試驗目的驗證板架彎曲計算理論理解靜態(tài)電阻應變儀的使用措施分析板架彎曲受力狀況二．試驗設備板架彎曲試驗裝置=1\*ROMANI、=2\*ROMANII靜態(tài)電阻應變儀萬用表三.板架尺寸及測點布置圖1板架=1\*ROMANI板架=1\*ROMANI底板厚2mm，交叉構件為T型材，腹板高為50mm，厚為2mm；面板寬20mm，厚為2mm。主向梁為矩形條，高為35mm，厚為2mm。彈性模量E=2400Mpa。圖2板架=2\*ROMANII板架=2\*ROMANII底板厚2mm，交叉構件為T型材，腹板高為50mm，厚為2mm；面板寬20mm，厚為2mm。主向梁為矩形條，高為30mm，厚為2mm。彈性模量E=2400Mpa。四.板架彎曲理論計算1.對板架I：建立主向梁與交叉構件對應節(jié)點處變形持續(xù)條件來求解。2.對板架=1\*ROMANII：將交叉構件處理成受均布載荷的彈性基礎梁試驗環(huán)節(jié)1.把電阻應變儀與應變片用導線連接好，應變儀調(diào)零。2.用水作為均布載荷逐層加載（水位控制），并記錄應變儀讀數(shù)。3.逐層卸載，并記錄應儀讀數(shù)。4.每個板架加載、卸載反復兩次。六.試驗思索1.分析主向梁、交叉構件實際受力狀況。2.模型受力狀況與船體構造受力的差異。3.對試驗誤差進行分析七.對試驗數(shù)據(jù)、試驗中的出現(xiàn)的現(xiàn)象、試驗操作的過程等內(nèi)容進行整頓、解釋、分析總結，回答思索題，提出試驗結論或提出自己的見解等。八、附錄1．試驗登記表板架=1\*ROMANI測點應變H=H=H=測點1測點2測點3測點1測點2測點3測點1測點2測點3加載卸載平均值測點應變H=H=H=測點1測點2測點3測點1測點2測點3測點1測點2測點3加載卸載平均值板架II2．實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)匯總板架=1\*ROMANI測點應變H=H=H=測點1測點2測點3測點1測點2測點3測點1測點2測點3實測值理論值誤差板架=2\*ROMANII測點應變H=H=H=測點1測點2測點3測點1測點2測點3測點1測點2測點3實測值理論值誤差試驗4：自由衰減振動的采集與分析試驗課時：2課時試驗類型：驗證試驗規(guī)定：必修一.試驗目的錘擊法鼓勵，測定簡支梁的阻尼比;測定對數(shù)減幅系數(shù)計算阻尼比的原理和措施;學習半功率帶寬法測定阻尼比的原理和措施;4、學習CRAS數(shù)據(jù)采集軟件操作措施。二.試驗對象在簡支梁中間安裝一種集中質(zhì)量塊和加速度計,實現(xiàn)自由振動系統(tǒng)。簡支梁材質(zhì)為一般鋼,尺寸為600mm×40mm×8mm三.試驗框圖和儀器圖圖1.錘擊法測固有頻率和阻尼比的試驗框圖加速度計：將被測系統(tǒng)的機械振動量(加速度)轉換成電量。AZ804：信號放大和濾波。AZ108采集箱:數(shù)據(jù)采集硬件。計算機、打印機。AdCras和SsCras軟件，與采集箱、計算機和打印機一道完畢數(shù)據(jù)采集、分析和打印的功能四.試驗原理用錘敲擊試件以激起系統(tǒng)自由振動,通過加速度計接受系統(tǒng)測點加速度,并將其轉變?yōu)殡妷?或電荷)輸出,經(jīng)AZ804放大、濾波（濾去信號的二階以上的頻率成分）,以電壓量輸出信號,經(jīng)數(shù)據(jù)采集獲得系統(tǒng)基頻信號的數(shù)據(jù)和波形。從衰減振動波形曲線得阻尼比及基頻簡諧振動的周期,其倒數(shù)便是固有頻率,或從基頻信號的頻譜得到固有頻率。五.試驗環(huán)節(jié)照試驗框圖(圖1)連接傳感器、AZ804調(diào)理儀、AZ108采集箱及計算機;AZ804調(diào)理儀設置AZ804調(diào)理儀是四通道的，可以對4路信號進行放大、濾波。對每一通道輸入信號的類型可以是電壓、電荷(合用電荷型加速度計)和ICP(合用ICP型加速度計)，在使用時每一通道只能選用一種，不一樣通道可以輸入不一樣類型的信號(詳見AZ804背面板)，AZ804背面板接傳感器輸出,作為AZ804的輸入。AZ804調(diào)理儀前面板AZ804調(diào)理儀前面板AZ804調(diào)理儀背面板AZ804調(diào)理儀背面板調(diào)理儀前面板有濾波按鈕、放大按鈕和經(jīng)調(diào)理的信號輸出端。放大倍率有×1、×10、×100三檔,通過按鈕切換放大倍率。調(diào)理儀的輸出端接采集箱。在定量幅值測量中，為直接能讀出是多少工程單位(例如mm/s、m/s2、、N等),波及到兩種參數(shù)設置:工程單位和校正因子。工程單位根據(jù)測量時所采用的傳感器類型,可以在CRAS軟件參數(shù)設置工程單位對話框中加以選用。CRAS校正因子的意義表達每一工程單位EU對應的毫伏數(shù)mV,單位為mV/EU。校正因子設置值等于傳感器敏捷度與調(diào)理儀放大倍率設定值的乘積。例如采用的加速度敏捷度為5.02pC/m/s2,調(diào)理儀放大倍率設定值為10,則校正因子送入值應為50.2(mV/m/s2),調(diào)理儀若輸入的1pC/m/s2經(jīng)調(diào)理儀輸出已轉換為1/mV3、在PC機桌面上點擊AZ108圖標進入CRAS公共程序運行平臺。選擇并點擊AdCras信號分析軟件包進入動態(tài)萊單。AdCras動態(tài)菜單由初始菜單、新作業(yè)菜單和老作業(yè)菜單構成。初始菜單如圖2，只有“作業(yè)”及“退出”兩個菜單項，迫使顧客必須首先建立作業(yè)。圖2AdCras初始菜單圖3AdCras新作業(yè)菜單在作業(yè)對話框中選擇了新的作業(yè)，菜單如圖3所示,容許顧客“設置參數(shù)”、“實時示波”及“數(shù)據(jù)采集圖3AdCras新作業(yè)菜單圖4AdCras信號分析軟件包的主菜單采集完畢后或?qū)献鳂I(yè)已經(jīng)對的讀進內(nèi)存后，最終的菜單如圖圖4AdCras信號分析軟件包的主菜單4、建立作業(yè)選擇通道數(shù):單通道;作業(yè)途徑:建立新作業(yè)或返放作業(yè);若為新作業(yè),按確認按鈕進入圖3所示的AdCras主菜單,若為老作業(yè),按確認按鈕進入圖4所示的AdCras主菜單。CRAS在不一樣通道下,容許相似的作業(yè)名。參數(shù)設置(圖5)采樣頻率:512Hz工程單位:校正因子:等于傳感器敏捷度與調(diào)理儀放大倍率設定值的乘積電壓范圍:10V。若信號弱也可選用程控放大或提高調(diào)理儀的放大倍率。觸發(fā)參數(shù)觸發(fā)方式:自由運行、正觸發(fā)和負觸發(fā)。選正觸發(fā)或負觸發(fā)觸發(fā)電平:設定10%或5%觸發(fā)延遲:-20觸發(fā)通道:1ch數(shù)據(jù)塊數(shù):1塊,1024個采樣點6、在正式測量前,進入示波方式(鼠標點擊AdCras主菜單上“實時示波”按鈕,圖3,不停敲擊試件,以檢查儀器連接線與否接通、電源與否打開以及參數(shù)設置與否合理;7、鼠標點擊AdCras主菜單上“數(shù)據(jù)采集”按鈕,在出現(xiàn)等待觸發(fā)提醒框后,敲擊試件,以觸發(fā)方式,采集數(shù)據(jù)。圖5AdCras軟件包的參數(shù)設置8、進行數(shù)據(jù)處理，點擊Z，清除直流分量，點擊數(shù)字濾波，濾波器特性選低通，濾波器上限頻率設為圖5AdCras軟件包的參數(shù)設置9、文獻存盤。10、調(diào)用信號及系統(tǒng)分析SsCras軟件包,返放存盤的文獻,作頻譜分析,從頻譜讀出阻尼比和固有頻率(圖7)。對于數(shù)據(jù)列表、記錄和圖形可以用Ctrl+P命令或工具條快捷鍵P,將屏幕圖形存儲為位圖文獻或直接打印。存儲的位圖文獻可以在繪圖板上進行編輯或圖6某梁的阻尼比另存為其他格式的圖形,也可以復制粘貼到word文檔中,還可以用工具條快捷鍵W直接將圖形或列表粘貼到圖6某梁的阻尼比圖圖7某振動系統(tǒng)頻譜圖六.試驗匯報試驗匯報的格式由學生自行設計,但試驗匯報應包括如下內(nèi)容:(1).試件材質(zhì)和尺寸,激振方式;(2).試驗目的、試驗原理;(3).繪制測量時的試驗框圖,闡明各儀器的功能;(4).打印振動波形曲線、頻譜圖；(5).試驗成果處理(6).討論問題:計算振動系統(tǒng)的固有頻率,并與測量值作比較。瞬態(tài)激振時試驗成果的處理阻尼比時域從衰減的振波曲線讀出A1=;A5=;計算對數(shù)減幅系數(shù)=;計算阻尼比。頻域共振峰的橫坐標(固有頻率)Hz;共振峰的縱坐標(振幅的最大值)m/s2;半功率點的縱坐標m/s2;半功率點的橫坐標Hz,Hz;在幅頻曲線上讀出該值。半功率點法估計系統(tǒng)的阻尼比。根據(jù)波形由對數(shù)減幅系數(shù)計算阻尼比,與譜分析測量的阻尼比和幅頻特性曲線得出的阻尼比比較。基頻時域5個波形的起始時間t1=ms,終止時間t2=ms;計算基頻周期ms;基頻頻率Hz;頻域從振動頻譜的幅頻特性曲線的峰值頻率讀出固有頻率,比較時域法和頻域法獲得基頻頻率的數(shù)值;注:自由衰減振動固有頻率和阻尼比計算參照附錄1衰減振動周期(附1)式中:—無阻尼系統(tǒng)周期;—阻尼比，分別稱為阻尼系數(shù)和固有頻率。在小阻尼ζ＜＜1時,2對數(shù)減幅系數(shù)若t1時刻振幅為,t1+T時刻振幅為,通過1個周期振幅衰減為,對其取自然對數(shù),定義為對數(shù)減幅系數(shù),即(附2)由于,,故由上式還可得:(附3)為保證測試精度,一般取k個周期計算對數(shù)減幅系數(shù),若第1和第k周期的振幅分別記作A1和Ak,則對數(shù)減幅系數(shù)為(附4)3均勻等直梁的固有頻率(rad/s)(附5)式中：l—梁的長度；E—材料的彈性模量；I—梁的截面慣性矩；ρ—材料密度；A—梁的截面積。（Hz）(附6)試驗5：船舶振動測量技術試驗課時：2課時試驗類型：驗證試驗規(guī)定：必修一、試驗目的對于新型號的船，尤其是對性能規(guī)定較高的船舶，在其建成后一般在試航時要進行振動試驗：以確定振動烈度，并與衡準比較，判斷其與否滿足衡準規(guī)定；確定船體及其局部構造的振動特性參數(shù)，如固有頻率、阻尼；檢查船體構造振動的預報措施；找出重要振源，分析其傳遞途徑和方式，并制定對應的減振措施。本項試驗模擬實船局部振動測量措施進行測量。二、試驗內(nèi)容1、船舶振動常用測振傳感器及配套儀器的一般操作措施；2、船舶振動的測點布置措施；3、初步掌握振動頻譜分析的措施；4、振動烈度與振動衡準比較的措施；三、測量裝置及原理圖1測量裝置見圖1。圖12、振動源偏心塊裝在調(diào)速電機上，通過調(diào)整電機轉速，來變化鼓勵頻率。尤其提醒：試車及每次開電機時，應先啟動異步電動機，后接通控