运用共振频率仪测量弹性模量的探讨

实验室研究与探索1991年第4期(总第30期)运用共振频率仪测且弹性模t的探讨浙江大学周瑞烈刘茂森黄荣军弹性模量是金属、合金对弹性变形的抗力指标。测量弹性模量有静态法和动态法两种。与静态法相比,动态法测量弹性模量较精确,特别是对高温和交变复杂负荷条件下工作的金属零件及部件。因教学、科研的需要,我们试制了一台利用音频悬挂动态法测量弹性模量的共振频率仪(见图1)。试样水平地悬挂在位于其两振动节点附近处的两根细丝上(不能悬挂在节点上,否则不能起振)。两根悬丝图1共振频率仪的组成1.数字频率计;2.换能器;3.示波器;4.信号发生器;6.悬丝;6.放大器;乳试样。的另一端分别固定在作为激振用的换能器与作为拾振用的换能器上。信号发生器产生尸个音频正弦电信号,通过激振器转换成机械振动,并由悬丝传递给拾振器,还原成正弦电信号,经测量放大器放大后,可在示波器上显示出来。调节信号发生器的输出频率,当调到与试样的固有频率相一致时,示波器上就显示出信号幅度的最大值.此时数字频率计上显示的频率数,即为试样的共振频率数(在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的精确测量范围内,共振频率与固有频率的养别可以忽略)。我们便可根据该试样的形状、尺寸、质量及共振频率数来计算弹性模量值。以前的实验装置中仪器、仪表分散、零乱,既影响美观又给操作带来麻烦。我们试制的共振频率仪将仪表重新组合,安排后组装于相应的试验台中,分模量炉台及控制柜两部份。模量炉台包括:模量炉(悬挂换能器的支架及加热炉)、两个换能器及加热炉的温度控制器。仪器控制柜包括:信号发生器、数字频率计、测量放大器及示波器,并配有锁开关可以控制仪器总电源(电源总控)以及可以接通或切断控制柜上仪器的电源(仪器开关)。心‘刁,,习‘,自.‘.习七‘,,门,,月心声叔,习心浮入,‘侣淘侣浦心多勺侣习怡浮刁、,门弓习始淘侣习,吕门,,习心二习侣挤.、,夕、,月.,习七‘;侣习侣‘,,‘心‘,召刀.,二.心‘;心‘刁亡岁刁俘习,,司实用价值。选用该系统进行实验教学,对已做过直流调速系统实验和具有交流调速理论基础的学生来说,可通过类比而掌握其机理,同时在培养分析问题、解决问题能力方面有较好的效果。-.一:-参考文献[11陈坚.交流电机数学模型及调速系统·北京:国蔽业出咖:1989[21何冠英.电子逆变技术及交流电机调速系统.北京:机械工业出版社,1985[3」咚纯厚.交流电动机晶阐管调速系统.北京:机械工业出版社,1988[4]夏新顺等.电气自动化.1985:(3):10、147、1一、刚量过程中出现的问题及时策1.如何解决起振难的问瓜.在测量过程中经掌遇到试样起振难,0.1mm的漆包线,一高{翌一长牡呼飞终aj’要选择适当的吊鬓:我“,在常温测试时用直径为褪侧城哪蟋用亘径为O、够mm的镊铬丝歹渝丝结扎要紧。在试样尺寸一定的情况下,遇到铝等轻金属试样可以适当加大信号发生器的功率输出,或者是选用更细一些的吊丝。2.如何寻找试样的共振频率点测试过程中难以找到共振频率点时,首先要确定被测试样是铜基还是铁基或铝基等材料,从而基本确定其共振频率范围。信号发生器输出功率要适当,频率微调从小到大慢慢改变,当接近共振频率时,振幅很快增加频率,其幅度则又很快地减小,如图2频率一f图2固体的共振曲线,频率再调大一点,,则振幅就达到最大,随后再调大所示,a点即为共振频率点。3.如何区别弃、伪共振在测量过程中,一有时试样具有两个以上类似共振点。我们认为当试样作强迫振动时,实际上从信号幅度看,只有一种共振方式其信号幅度很大,从放大器卜V表上可以看到指针一下子打到满刻度,示波器的荧光屏_L波形幅度一也一下大到满格犷它是真正的共振频率。其振动方式如图3(幼所示。而另一振动方式其信号幅度不是很大,是伪共振(如图3肠)所示)。匆毕骤必须指出:还有从模量护的上横梁及下部炉体直接藕合到拾振器上来的信号,也会给人以假像。如何区别真假呢?在出现共振现象时,可用手轻轻地往上抬一下试样,看示波器上的振动波形,如果彼形幅度一下子小下去,则为真共振,波形幅度不变,则是伪共振。由于上横梁(支架严重地藕合传递激发信号,从而影响共振点的确定。我们便对支架进行了改进设计,原来上横梁(支架)两端是固定在模量护两侧柱上,两只换能器(激振器和拾振器)县时款地装在这根横梁上,我们设法固紧横梁两端,而在横梁中点处将横梁切断,这样一来两只换能器就分别装在两边的悬臂梁上石.睁招毕三奚知肖户尸,....,...口州.口...尸,.图3悬挂试样强迫振动方式1.悬丝;2.试样4.计算弹性模l的公式国家标准(GB1586一79)的公式‘72·它二1.6052x10一‘·K·二lsl“/d’(MN/111“)哈工大宋学孟主编的《金属物理性能分析》的公式E=1.606ox10一’一ml3f忽/d4(MN/m名)式中:E为弹性模量;。为试样质量(g);l为试样长度(mm),d为试样直径(mm);了为试样基频固有频率(Hz),K为修正系数(当d/l二。.01、。.02、。.03、o.G4、。.05、0.06时,K分别等于1.001、1.002、1.005、1.008、1.014、1.019)。我们用黄铜的圆棒试样所测得频率为242.02Hz(其形状及重量见表1),用国家标准(GBI浇6一79)与哈工大宋学孟所编《金属物理性能分析》中所列弹性模量(E)与共振频率(f)I’ed的关系公式进行计算,其E值分别为1.oZgo4xzo,(MN/m么)及1.02137xlo“(MN/m“),两者绝对误差为7.67,相对误差为0.75%。其实后者的公式来源于苏联资料,我们认为采用国家标准公式比较好。表1测试使用的试样尺寸材料形状尺寸(mm)质量(g)紫铜黄铜45芯钢小6.122x150.205.6佑X6.636X150.邪了.0能X4.佣0XI的.22小6.088x149.825.刁00X5.613X150.127.005又4.044X150.24中5.991x150.145.564X5.6以X160.127.042X4。073又160.1039.691041.906任38.艇7036.617138.399?35.346733.149435.894333.3494圃方方圆扁扁圆扁方赴争湘纯铁小5.979只160.1432.8380二、影响测量精度的因素1.关千悬丝引起的误差据刘羽辉编的《物理性能工作标准检测手册》介绍,悬丝的材料、直径、长度、悬挂点与试样的倾斜等在某允许范围内变动,其误差大大低于国标(BG1586一79)的允许误差。2.试样几何形状的影响扬氏模量计算公式是假定试样为一理想的圆棒或矩棒而推导得到的,因此试样的椭圆度、锥度、整体挠曲、光洁度等都影响测量精度。本文只对试样的形状、大小、长短等对测量精度的影响加以初步探讨。(1)试样长度时弹性模量的影响。试样材料为冷拉黄铜,长度分别为150mm、160mm、170mm,直径均为6mm的三根试样(精确尺寸及重量略),进行测量结果如表2所示。表2试样长度对忍值的影响I(二m)f(Hz)803.90了08.90626.05E(MN/mZ)1.0()633X1护1.00275XI护1.002丫2X103on”0尺甘丹七开名,工..二,上结果表明相对误差只有。,36%,在国标允许范围内。(幻试样直径衬弹性模量的影响。试样材料为冷拉黄铜,材mm,长度均为15omm的三根试样(精确尺寸及重量略)直径分别为6mm、6.smm、。测量结果如表3所示。表3试样直径D对E值的影响D(mmf(Hz)6.06.5丫。0803.90888.6949.6E(MN/mZ).0弱33x103.0()875x10,.00590XI护,l,l,1结果表明相对误差只有0.28%,在国标允许范围内。(3)试样形状对弹性模量的影响。我们对黄铜、紫铜、45非钢及ICrl8NigTi不锈钢的圆、方、扁形试样进行试验。后文提到圆棒试样的精度标定是符合要求的,故以圆棒试样为准,而方、扁试样的E值测定都偏低,误差不符合国标要求,这可能是试样加工精度不够或其他原因所致,有待于进一步研究。’3.周围磁场对共振频率的影响我们模拟地把试样套入通50Hz市电的线圈内,其磁场强度从O、9151A/m,分五档进行测试。结果其共振频率不变,这表明周凰弱磁场对该仪器没有影响。三、测试系’统的可靠性和精度1.常温可靠性测试仪器的可靠性可根据测试结果的重现性来判断。我们对黄铜、紫铜、45莽钢三种材料的圆、方、扁试样,在一天的上、下午和晚上各测一次(每次测试时试样重新挂),连续三天测试共振频率,结果见表4(方、扁试样的数据本文从略)。表4黄铜、紫铜、45井钢圆形试样的频率重复性试验频率f(Hz)序号一黄铜紫铜4护钢1842·15999·101舞1气802841.85、999.351231.463842.了5998。051231.554842.5丘999.851230.86续表45678910平均841.80841.90841。45841。76842.30841.65842.02999.85998.50999.50999.35999.70999.60999.291231.201231.351232.101231.451230.651231.051231.35表5误差表绝对误差相对误差(界)频率f(Hz)弹性模量E(MN加2)频率f(Hz)弹性模量E(MN/mZ)303924000Ž台00今目.11人11⋯3000.185.575.04Ž卜d内JR”‘毯⋯电土,上1上分嗽从表5可知,模量E的最大绝对误差只有5.57(MN/mZ),最大相对误差仅0.36%,远小于国标(GB1586一79)规定(圆棒《0.8%)的误差值,说明该仪器的可靠性是好的。这里只列举圆棒试样的E值误差。(注:一般模量的误差是频率误差的一倍左右)。2.高温重复性测试由于高温下材料易氧化,故用经过600℃预退火的ICrl8NigTi不诱钢,在(400℃情况下进行试验,测试数据如表6(方、扁形试样从略)。表6回棒试样高温重复性试验的频率及误差表频率f(Hz)温度(℃)—绝对误差(Hz)相对误差(拓)123室温1187.81188.91188.41001164.21165.01165.12001137.41138.11138.0300’1110.41111.31110.940()1084.61083.41082.02.60.24从表6可知,绝对误差仅2.6Hz,相对误差仅。.24%,由子E误差是f误差的一倍,故E误差远小于国标规定值(误差(。.8)%),由此可见其高温可靠性也是好的。3.测试系统精度这里只对黄铜及工业纯铁的圆棒试样进行标定,具体数据见表7。表了精度标定数据表材料处理状态频率j(Hz)模量E(xl护MN/in,)相对误差(拓)标准值测量值矛弓冬黄铜工业纯铁硬态软态842.021229.81.029692.141461.能8972.12910一0.价一0。58了5实验室研究与探索1991年第4期(总第30期)三连轧机调试中关键性技术的解决办法东北工学院李兆敏300mm三机架冷连轧机(简称“三连轧机”)是我院校办工厂自己加工制造的。由于轧机的体积大、吨位重、设计精度高,因此制造工艺复杂,加工难度大。轧机自1980年投产后,于1985年底总装竣工,经过检验各项指标全部达到设计要求,它标志着我院机械厂制造中型成套设备的水平又向上攀登一个台阶,受到国内外专家、学者的赞许。“三轧连机”由开卷机、三台机架组、卷取机、拖动控制、液压传动等部分组成。轧机装有电动机械压下、液压压上、液压弯辊、液压换辊等装置,以及厚度、张力、速度的测量与控制系统,功能齐全,自动化程度较高。其主要设计技术指标如下。工作辊最大直径110mm,支承辊最大直径325mm该辊身长度300mm;最大轧制压力10ot,最大轧制速度2.om/s,轧ffilJ带钢宽度200、220mm;成品最小厚度o.osmm,卷取张力250~Z000kg,主电机功率1切kw,卷取机电机功率55kw。我院的轧制技术与连轧自动化实验室是经国家计委和冶金工业部确定的国蒙重点实验室,而三连轧机是该重点实验室的主要成套设备,它将对轧制新技术的科学研究创造了条件。诸如:¹连轧过程金属变形规律和数学模型的研究,如轧制压力、张力、前滑、能耗等数学模型及金属流动规律等,º轧制工艺‘参数的检测和检测仪表的研究,»板型测定与控制的研究,¼连轧过程中动态规格变换的研究,½计算机控制系统等功能的研究。199。年初,三连轧机的液压系统和拖动控制系统均已安装、配套,便开始进行调试和开机试轧工作。在机械系调试过程中(调整精度检测记录参见附表),配合拖动控制系统解决了以下三个技术上的关键性问题。附表序号检验项目左、右卷取机卷动轴线与轧辊轴线的平行度在全长内允差左、右卷筒水平度在全长内允差主轧机工作机座的垂直度允差齿轮机座的水平误差允差设计要求0.03mm0.03mm0.05mm/m0.05m口/m调整精度o.02mmO.O14mmO.OZmln/m0.0枷叫m台月七月,台‘七峨,灼亡,匀亡‘月七‘、.丫‘七月、台‘、,‘、台片七月、七编七瑞、七瑞、七绍冷吧‘月七沟七成七声补台共、七消、.半月.岁。半月、七月吧‘月、七月巴编、,月,七‘吧二纬七月吧‘勺匕灼侣灼七‘夕巴月,从表7可知误差小于国标规定值(误差(。.8%),说明该仪器精度已达国家标准。由上列数据表明,该仪器测定数值的重现性和精度均已达到国标(GB1586一79)要求。整机外形美观,安全可靠,操作方便,但模量炉台的防震 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 不足和强音对它有干扰,尚待改进。本仪器研究及调试过程中,承我校设备处实验室科的支持和高文龙同志提出宝责的建议,谨致谢意。