鋼絲繩中張力檢測(cè)分析

八）、卷揚(yáng)機(jī)剎車時(shí)鋼絲繩中張力檢測(cè)分析卷揚(yáng)機(jī)剎車時(shí)鋼絲繩中張力檢測(cè)分析大綱1、擬用一小型卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩，繞過定滑輪吊起一重物，測(cè)定卷揚(yáng)機(jī)突然剎車和勻減速剎車過程中鋼絲繩的張力。并將實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算的張力對(duì)比，進(jìn)行誤差綜合分析。2、實(shí)際檢測(cè)鋼絲繩中張力需要測(cè)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(yīng)變。3、用理論公式計(jì)算鋼絲繩中張力，需要測(cè)量的物理量有：突然剎車時(shí)重物的速度，勻減速剎車時(shí)重物速度以及剎車時(shí)間，從而得到突然剎車時(shí)重物的初速度，勻減速剎車時(shí)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(zhì)量。5、主要設(shè)備：小型卷揚(yáng)機(jī)，游標(biāo)卡尺與鋼尺，砝碼，秒表，速度計(jì)，位移計(jì)，智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，材料試驗(yàn)機(jī)；主要耗材：鋼絲繩試樣，電阻應(yīng)變片。教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書教材：曾海燕主編：《材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)》，武漢理工大學(xué)出版社，2004年出版指導(dǎo)書：黃燕黎明發(fā)主編：《材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)》，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1997年出版段自力王文安主編：《材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)》，華中理工大學(xué)出版社，1993年出版卷揚(yáng)機(jī)剎車時(shí)鋼絲繩中張力檢測(cè)分析指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、使學(xué)生綜合運(yùn)用質(zhì)量、長度、時(shí)間等基本物理量的測(cè)量技能；2、使學(xué)生綜合材料力學(xué)的機(jī)測(cè)、電測(cè)的基本技能；3、將測(cè)得的鋼絲繩張力與理論計(jì)算的張力進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行系統(tǒng)的誤差分析，使學(xué)生綜合鞏固所學(xué)的理論力學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)、材料力學(xué)的彈性模量和應(yīng)變測(cè)量知識(shí)、振動(dòng)力學(xué)（或機(jī)械振動(dòng)，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)）的自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)知識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器1、小型卷揚(yáng)機(jī)。2、游標(biāo)卡尺與鋼尺，砝碼，秒表，速度計(jì)，位移計(jì)。3、材料試驗(yàn)機(jī)。4、智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。三、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1(a)所示，一小型卷揚(yáng)機(jī)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(dāng)于一剛度為的彈簧，與重物一起組成一單自由度振動(dòng)體系，如圖1(b)所示。圖1(a)圖1(b)重物勻速下降時(shí)，根據(jù)平衡條件，鋼絲繩中的張力為(1)1、突然剎車卷揚(yáng)機(jī)突然剎車時(shí)，鋼絲繩上端突然停止，重物由于慣性繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)，開始在靜平衡位置上下作自由振動(dòng)，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(dòng)引起的鋼絲繩中的最大張力為(4)2、勻減速剎車如果卷揚(yáng)機(jī)在內(nèi)勻減速停機(jī)，鋼絲繩上端有加速度，體系在支座運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下作強(qiáng)迫振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)力學(xué)中無阻尼單自由度體系在支座運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)的Duhamel積分公式，得到鋼絲繩由于振動(dòng)引起的伸長，也就是體系振動(dòng)時(shí)重物的相對(duì)位移為(5)則兩個(gè)階段中重物的最大相對(duì)位移，即鋼絲繩的最大伸長為(6)可見體系的最大響應(yīng)發(fā)生在第一階段的時(shí)刻。在階段，如剎車時(shí)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(dòng)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(gòu)件，不管是勻速下降，還是突然剎車或勻減速剎車，其張力應(yīng)為(8)此公式也是實(shí)驗(yàn)測(cè)量鋼絲繩張力的基礎(chǔ)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量鋼絲繩試樣的初始直徑、長度，并選擇適當(dāng)重量的砝碼。2、在材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)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(yáng)機(jī)系統(tǒng)上。在鋼絲繩上貼好應(yīng)變片，并連到智能全數(shù)字式靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上，打開其開關(guān)。再打開卷揚(yáng)機(jī)開關(guān)，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(yīng)變儀讀出3個(gè)時(shí)刻鋼絲繩的應(yīng)變值。5、在突然剎車工況下，重物作自由振動(dòng)。先用位移計(jì)測(cè)量重物的振幅，然后在重物連續(xù)3次經(jīng)過振幅位置時(shí)，分別測(cè)出鋼絲繩的應(yīng)變值。6、在勻減速剎車工況下，重物分兩個(gè)階段作簡諧振動(dòng)。選取足夠長的剎車時(shí)間，使在此時(shí)間段內(nèi)重物4次經(jīng)過振幅位置。先用位移計(jì)測(cè)量重物的振幅，然后在重物連續(xù)3次經(jīng)過振幅位置時(shí)，分別測(cè)出鋼絲繩的應(yīng)變值。五、數(shù)據(jù)處理在三種工況下，每次鋼絲繩張力的測(cè)量值按（8）式計(jì)算，取每種工況下鋼絲繩張力測(cè)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(jì)算;在突然剎車工況下，鋼絲繩張力的理論值按（