鋼絲繩中張力檢測分析

八）、卷揚機剎車時鋼絲繩中張力檢測分析卷揚機剎車時鋼絲繩中張力檢測分析大綱1、擬用一小型卷揚機通過鋼絲繩，繞過定滑輪吊起一重物，測定卷揚機突然剎車和勻減速剎車過程中鋼絲繩的張力。并將實測結果與理論計算的張力對比，進行誤差綜合分析。2、實際檢測鋼絲繩中張力需要測量的物理量有：鋼絲繩的直徑、鋼絲繩的楊氏模量、鋼絲繩的應變。3、用理論公式計算鋼絲繩中張力，需要測量的物理量有：突然剎車時重物的速度，勻減速剎車時重物速度以及剎車時間，從而得到突然剎車時重物的初速度，勻減速剎車時鋼絲繩上端的加速度；鋼絲繩的初始長度和直徑，鋼絲繩材料的楊氏模量，從而得到鋼絲繩的剛度；重物的質量。5、主要設備：小型卷揚機，游標卡尺與鋼尺，砝碼，秒表，速度計，位移計，智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應變儀，材料試驗機；主要耗材：鋼絲繩試樣，電阻應變片。教材及實驗指導書教材：曾海燕主編：《材料力學實驗》，武漢理工大學出版社，2004年出版指導書：黃燕黎明發(fā)主編：《材料力學實驗》，武漢工業(yè)大學出版社，1997年出版段自力王文安主編：《材料力學實驗》，華中理工大學出版社，1993年出版卷揚機剎車時鋼絲繩中張力檢測分析指導書一、實驗目的1、使學生綜合運用質量、長度、時間等基本物理量的測量技能；2、使學生綜合材料力學的機測、電測的基本技能；3、將測得的鋼絲繩張力與理論計算的張力進行對比，并進行系統(tǒng)的誤差分析，使學生綜合鞏固所學的理論力學的運動學知識、材料力學的彈性模量和應變測量知識、振動力學（或機械振動，結構動力學）的自由振動和強迫振動知識。二、實驗設備與儀器1、小型卷揚機。2、游標卡尺與鋼尺，砝碼，秒表，速度計，位移計。3、材料試驗機。4、智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應變儀。三、實驗原理實驗裝置示意圖如圖1(a)所示，一小型卷揚機通過鋼絲繩，繞過定滑輪吊起一重物（砝碼），以的速度下降。鋼絲繩相當于一剛度為的彈簧，與重物一起組成一單自由度振動體系，如圖1(b)所示。圖1(a)圖1(b)重物勻速下降時，根據(jù)平衡條件，鋼絲繩中的張力為(1)1、突然剎車卷揚機突然剎車時，鋼絲繩上端突然停止，重物由于慣性繼續(xù)往下運動，開始在靜平衡位置上下作自由振動，固有頻率為(2)上式中分別為鋼絲繩的初始長度與直徑，為鋼絲繩材料的楊氏模量；為重力加速度。初始條件為，因此振幅為(3)由于振動引起的鋼絲繩中的最大張力為(4)2、勻減速剎車如果卷揚機在內(nèi)勻減速停機，鋼絲繩上端有加速度，體系在支座運動激勵下作強迫振動。根據(jù)振動力學中無阻尼單自由度體系在支座運動激勵下強迫振動響應的Duhamel積分公式，得到鋼絲繩由于振動引起的伸長，也就是體系振動時重物的相對位移為(5)則兩個階段中重物的最大相對位移，即鋼絲繩的最大伸長為(6)可見體系的最大響應發(fā)生在第一階段的時刻。在階段，如剎車時間正好是體系自振周期的一半的整倍數(shù)，，鋼絲繩也產(chǎn)生最大伸長。類似地，由于振動引起的鋼絲繩中的最大張力為(7)另一方面，鋼絲繩作為軸向受力構件，不管是勻速下降，還是突然剎車或勻減速剎車，其張力應為(8)此公式也是實驗測量鋼絲繩張力的基礎。四、實驗步驟1、測量鋼絲繩試樣的初始直徑、長度，并選擇適當重量的砝碼。2、在材料試驗機上測量鋼絲繩試樣的楊氏模量。3、將鋼絲繩及重物連接到小型卷揚機系統(tǒng)上。在鋼絲繩上貼好應變片，并連到智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應變儀上，打開其開關。再打開卷揚機開關，讓重物開始勻速下降，讀出重物的下降速度。4、在重物勻速下降工況下，用智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應變儀讀出3個時刻鋼絲繩的應變值。5、在突然剎車工況下，重物作自由振動。先用位移計測量重物的振幅，然后在重物連續(xù)3次經(jīng)過振幅位置時，分別測出鋼絲繩的應變值。6、在勻減速剎車工況下，重物分兩個階段作簡諧振動。選取足夠長的剎車時間，使在此時間段內(nèi)重物4次經(jīng)過振幅位置。先用位移計測量重物的振幅，然后在重物連續(xù)3次經(jīng)過振幅位置時，分別測出鋼絲繩的應變值。五、數(shù)據(jù)處理在三種工況下，每次鋼絲繩張力的測量值按（8）式計算，取每種工況下鋼絲繩張力測量值的平均值。在勻速下降工況下，鋼絲繩張力的理論值按（1）式計算;在突然剎車工況下，鋼絲繩張力的理論值按（