一種六分量應(yīng)變式風(fēng)洞天平的研制.pdf

1、應(yīng)變天平是一種單分量或多分量的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，是風(fēng)洞試驗(yàn)中最重要的測(cè)量裝置，目前應(yīng)變天平已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)空氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)。相比于機(jī)械天平和壓電天平，應(yīng)變天平有著明顯的優(yōu)勢(shì)，主要包括動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、設(shè)計(jì)制造成本低、體積小重量輕、研制周期較短且能夠適應(yīng)各種模型支撐方式。
　　本文從風(fēng)洞天平的應(yīng)用背景入手，研究了應(yīng)變天平的工作原理和測(cè)力元件各種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，分析了電測(cè)性能的影響因素并說(shuō)明了對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償措施。本桿式應(yīng)變天平采用三片梁式組合元

2、件，并設(shè)計(jì)出了新穎的軸向力元件結(jié)構(gòu)形式，然后以材料力學(xué)為理論基礎(chǔ)建立了各元件的應(yīng)變和應(yīng)力數(shù)學(xué)模型。接下來(lái)利用Solidworks對(duì)選定結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)變天平進(jìn)行了初步建模和力學(xué)有限元仿真，仿真內(nèi)容包括設(shè)計(jì)載荷條件下各分量的有效輸出及分量間的一階干擾情況，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，直到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。然后將優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)尺寸代入之前建立的數(shù)學(xué)模型中與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明了此研究方法的可靠性。
　　完成了本應(yīng)變天平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，介紹了其

3、制造工藝并進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)前的靜態(tài)校準(zhǔn)工作。首先制作了該應(yīng)變天平的加工圖，分析了天平所采用的高強(qiáng)度鋼00Ni18Co8Mo5TiAl的加工性能特點(diǎn)，針對(duì)該應(yīng)變天平體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和材料強(qiáng)度高的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了具體的加工流程。然后根據(jù)該應(yīng)變天平的結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)變模型設(shè)計(jì)了測(cè)量電路。制造過(guò)程首先是對(duì)材料毛坯進(jìn)行固溶處理，在固溶狀態(tài)下完成所有機(jī)械加工，再進(jìn)行時(shí)效硬化、應(yīng)變片敷貼及電路連接。在靜態(tài)校準(zhǔn)部分首先研究了校準(zhǔn)原理、加載方式以及所使用加載架的合力