受损悬臂梁的模态分析研究

悬臂梁固有频率测试实验数据处理

实验题目：悬臂梁固有频率测试实验数据处理一、实验要求以下： 1. 用振动测试的方法，识别一阻尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数； 2. 了解小阻尼结构的衰减自由振动形态； 3. 选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，测出悬臂梁的一阶固有频率和阻尼根据测试曲线，读取数据，识别悬臂梁的一阶固有频率和阻尼系数。二、实验内容识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数。三、测试原理概述： 1，瞬态信号可以用三种方式产生，有脉冲激振，阶跃激振，快速正弦扫描激振。 2，脉冲激励用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ，τ越小则频率范围越大。 3.幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，可以看到共振时的频率，也就可以得到悬臂梁的固有频率实验步骤及内容 1，按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁上粘紧压电式加速度传感器打开计算机，。。 2，打开计算机，启动计算机上的“振动测试及谱分析.vi ”。 3，选择适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。点击LabVIEW 上的运行按钮（Run ）观察由脉冲信号引起梁自由衰减的曲线的波形和频谱。 4，尝试输入不同的滤波截止频率，观察振动信号的波形和频谱的变化。 5，尝试输入不同的采样频率和采样点数以及硬件增益，观察振动信号的波形变化。 6，根椐最合适的参数选择，显示最佳的结果。然后按下“结束按钮，完成信号采集。最后我选择的参数是：采样频率 f为512HZ,采样点数N为512点。 s 7，记录数据，copy读到数据的程序，关闭计算机。

梁壳组合结构的有限元合理建模

２　梁壳组合结构的有限元建模２．１　单元类型的选择对于需要混合使用多种类型单元的梁壳组合结构而言，为了在不同类型的单元间实现无缝连接，保证相互间载荷传递的正确性，根据所分析问题的要求选择合适的单元类型是非常重要的。要实现这一点，最基本的就是要保证所选梁单元和壳单元具有相同的结点自由度类型及数量，进一步的，对于一些特殊类型的结构保证单元具有相同的阶次或相近的形函数形式也是非常重要的。此外，为了保证加强板的作用能被充分考虑，加强板需要用多个单元离散，与之焊接的梁也相应的需要划分多个单元，这可能导致最终的梁单元为深梁，此时就应考虑选用计及剪切变形影响的梁单元。ＡＮＳＹＳ提供了多种用于梁、壳建模的单元类型，以满足不同分析场合的要求。由于工程机械结构的重要性，在设计时不需要考虑其塑性的扩展和利用、其始终处于弹性阶段，因此对梁构件可选用ＢＥＡＭ１８８单元类型、壳体构件可选用ＳＨＥＬＬ４３单元类型。ＢＥＡＭ１８８单元与ＳＨＥＬＬ４３单元均为一次单元，每个单元结点均有６个自由度：三个平动自由度（ｕｘ，ｕｖ，ｕｚ）和三个转动自由度（θｘ，θｖ，θｚ），可以保证受力的正确传递。Ｓｈｅｌｌ４３单元考虑了剪切变形的影响，适合于中等厚度的壳体建模。Ｂｅａｍ１８８单元是Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁单元，采用如下形式的形函数：（１）式中：ｕｉ—某方向位移场；ｓ—ｕｉ方向的自然坐标；梁壳组合结构的有限元合理建模王强贵州交通职业技术学院５５０００８１　引言在当前实际应用的工程结构中，出于结构形式、连接条件、承载要求等方面的考虑，很多工程结构都采用梁壳组合结构的形式作为各种外加载荷的支撑件，如工程机械领域的港口起重机、动臂式塔机等的桁架吊臂往往在臂头和臂根焊接钢板以局部加强。此外，为了分析的需要或简化建模与计算，也往往将一些纯板壳焊接结构作为梁壳组合结构进行分析。对梁壳组合结构进行力学分析以保证其强度和刚度满足使用要求是设计中必不可少的一环。显然要获得此类结构的理论解析解几乎是不可能的，在工程实际中往往要借助于有限元方法。有限元分析中最重要的步骤是有限元模型的建立和约束、载荷的施加，后者需要满足特定行业设计规范的要求，有一定的程式可循，而针对此类结构的特点，快速、合理建模问题还少有谈及。因此，本文以当前应用较为广泛的通用有限元软件ＡＮＳＹＳ为平台，探讨复杂梁壳组合结构有限元模型的快速、合理建模方法及在建模过程中应注意的问题，对同类结构的有限元建模提供一些可供借鉴的有益经验。ｕｉＩ、ｕｉＪ—ｕｉ方向的单元始、终结点位移。与Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁相比，其计入了剪切变形对梁弯曲的影响，适合于短粗梁的有限元建模。２．２　有限元模型的建立ＡＮＳＹＳ提供了两种建模方式：一是首先建立结构的几何模型，通过对几何模型进行有限元网格离散而获得有限元模型；二是首先生成结点，随后由结点直接生成单元而获得有限元模型。至于具体使用何种建模方式或综合使用此两种建模方式应依据结构的实际情况灵活决定。工程机械等领域中的梁壳组合结构往往以梁为主要承载构件，板壳仅起局部加强作用。有限元方法中的梁单元属线单元，当使用二结点线性梁单元时，其有限元模型的几何表现为一条直线，通常在其形心轴线位置上建立有限元模型。在梁壳组合结构中，梁是主要构件，且需要与其它构件相连，因此在其有限元建模时位置不能改变，即仍应按其形心轴线建模；板壳属附属构件，在对其进行有限元建模时，由于壳体构件需要使用许多单元离散，而通过结点生成单元的方式逐一生成这些单元无疑将非常烦琐，尤其是当加强板较多时，因此对壳体应采用第一种建模方式。综合上述分析，工程机械中复杂梁壳组合结构的有限元建模有两种方法，本文通过图１（ａ）中所示结构为例加以说明，图中两根梁之间焊接了一块加强板，在此假设梁为圆管（工程机械的此类结构中的梁大部分为圆管，对其它截面形式的梁建模方法基本相同）。第一种建模方法的步骤如下：（１）在梁的形心线和加强板的中平面位图３港口起重机桁架吊臂的有限元模型和分析结果图１梁壳组合结构几何模型和有限元模型示意图图２梁壳组合结构及其有限元模型

悬臂梁的模态实验

悬臂梁的模态实验 1、实验概述点）之间的频响函数，利用上式可得「（k ） J 10 令t 0k ） =1就可得到第k 阶主振型的10个元素。根据他们的相对大小就能画出第 k 阶主振型。如果分别令 k =1,2,3,4，就可以画出前 4阶主振型。 2、实验要求（1）证明无论用频响函数的幅值谱或虚部谱，都可以求出各阶主振型；（2）如果我们不测量振动的位移信号，而是测量振动的加速度信号，就可以得到加速度频响函数。试证明利用加速度频响函数也可以求出各阶主振型；在频响函数曲线上 f 『二f k 处，s k = 1 ，将出现第k 阶共振峰，该处的频响函数可以近似写为 ?： ( k) ?： ( k) ~ r j H rj (k) ■ i2k ( ? 设 j =1,2,…，10，和 r=10, 即测量悬臂梁上均匀分布的本实验的装置如图 8所示。用激振力锤2敲击悬臂梁 1,由锤头的力传感器测量锤击力，电涡流传感器测量梁自由端的振动信号，算机，由虚拟动态分析仪处理可以求出锤击点（设为第j 点）与位移测量点（设为第r 点）之间的频响函数。悬臂梁可以抽象为由无限多个质点用板簧串联的多自由度的振动系统，其中第j 点与第r 点之间的频响函数公式为分别经电荷放大器 6、位移测量仪5送给计 H rj k ⑴(1 -s ： i2 j Sj -2~. f S i 悬臂梁的檯态实验 10个点与自由端（即第 10 H 10 ,10 1.悬臂絮2、激振力锤久电涡凉位移怯感器 J 前置盟久便移量仪&电荷放大器 f

（3）本实验求出前4阶主振型，对实验过程中出现的问题进行讨论。

压电梁的模态分析

/facet,norml 压电梁的模态分析几何尺寸：梁的长度L1=300mm 宽度W=30mm 厚度H1=2mm 压电片长度L=50mm 宽度W=30mm 厚度H=1mm 采用pzt-5H压电陶瓷片模态分析结果一阶振型（f=23.144Hz）

二阶振型(f=137.52Hz) /prep7 ! PZT-5H 材料特性参数 mp,DENS,1,7700 ! 密度, kg/m**3 mp,perx,1,1700 ! 介电常数 mp,pery,1,1700 mp,perz,1,1470 tb,ANEL,1 ! 弹性劲度系数, N/m^2 tbdata,1,12.6E10,7.95E10,8.41E10 ! c11,c12,c13 tbdata,7,12.6E10,8.41E10 ! c11,c33 tbdata,12,11.7E10 ! c33 tbdata,16,2.30E10 ! c44 tbdata,19,2.30E10 ! c44 tbdata,21,2.35E10 ! c66 tb,PIEZ,1 ! 压电（应力）常数, C/m^2 tbdata,3,-6.5 ! e31 tbdata,6,-6.5 ! e31 tbdata,9,23.3 ! e33 tbdata,11,17.0 ! e15 tbdata,13,17.0 ! e15 !定义主结构的材料参数 mp,dens,2,7800 EX,2,209e9 nuxy,2,0.3 ! 定义压电复合梁几何模型(L=50mm W=30mm H = 1 mm) L=50e-3 W=30e-3 H =1e-3 !压电片几何尺寸L1=300e-3 H1=2e-3 !主结构几何尺寸 local,11 ! 建立下层局部坐标+Z 方向 local,12,,,,,,,180 ! 建立上层局部坐标-Z 方向 csys,11 ! 激活局部坐标系11 +y 方向 block,0,L1,0,W,O,H1 block,0,L,0,W,0,-H block,0,L,0,W,H1,H1+H vglue,all !将梁同压电片粘结et,1,solid5,3 !定义压电单元 et,2,solid45 !定义主结构单元 !采用映射划分网格连接相邻面 asel,s,loc,z,0 cm,CM_1,area cmplot,CM_1 accat,CM_1 asel,s,loc,z,H1 cm,CM_2,area accat,CM_2 !进行网格划分 LESIZE,ALL,5e-3, , , ,1, , ,1, mat,1 $ type,1 $ esys,11 !对下层压电片网格划分Vmesh,4 mat,2 $ type,2 $ esys,11 !对中间结构网格划分Vmesh,6 mat,1 $ type,1 $ esys,12 !对上层压电片网格划分vmesh,5

悬臂梁分析报告

悬臂梁受力分析报告高一博 2016.11.13 西安理工大学机械与精密仪器工程学院

摘要利用ANSYS对悬臂梁进行有限元静力学分析,得到悬臂梁的最大应力和挠度位移。从而校验结构强度和尺寸定义，从而对结构进行最优化设计修正。关键词：悬臂梁，变形分析，应力分析

目录一.问题描述： (4) 二.分析的目的和内容： (4) 三.分析方案和有限元建模方法： (4) 四.几何模型 (4) 五．有限元模型 (4) 六．计算结果： (5) 七.结果合理性的讨论、分析 (8) 八．结论 (8) 参考文献 (8)

一.问题描述：现有一悬臂梁，长500MM，一端固定，另外一端施加一个竖直向下的集中力200N。其截面20MMX20MM的矩形，现在要分析该梁的在集中力作用下产生的位移，应力和局部应力。二.分析的目的和内容： 1.观察悬臂梁的变形情况； 2.观察分析悬臂梁的应力变化； 3.找出其最大变形和最大应力点，分析形成原因；三.分析方案和有限元建模方法： 1.使用ANSYS-modeling-create-volumes-block建模， 2.对梁进行材料定义，网格划分。 3.一端固定，另外一端施加一个向下的200N的力。 4.后处理中查看梁的应力和变形情况。四.几何模型 500X20X20的梁在在ANSYS中进行绘制.由于结构简单规则，无需简化。五．有限元模型单元类型：solid brick8node45 材料参数：弹性模量2e+11pa,泊松比0.3 边界条件：一端固定，一端施加载荷载荷：F=200N 划分网格后的悬臂梁模型

悬臂梁的受力分析与结构优化

悬臂梁的受力分析与结构优化吴鑫龙3136202062 【摘要】悬臂梁不管是在工程设计还是在机械设计中都有着广泛的应用，其有着结构简单，经济实用等优点。但受到其自身结构的限制，一般悬臂梁的力学性能和使用性能都会受到很大的限制。本篇主要探究悬臂梁在使用中的受力情况并从材料力学的角度来对其进行优化设计,并对新设计悬臂梁进行分析。【Abstract 】Cantilever whether in engineering or mechanical design have a wide range of applications, it has a simple structure, economical and practical advantages. But by its own structural limitations, the general cantilever mechanical properties and performance will be greatly limited. This thesis is focus on exploring the cantilever in use from the perspective of the forces and the mechanical design to be optimized., and analysis the new design cantilever . 【关键词】悬臂梁受力设计【Keywords】cantilever force analysis optimization 背景及意义悬臂梁是指梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。但是悬臂梁的缺点在于它的受力性能不好，即使只是在悬臂梁末端施加一个较小的载荷，通过较长力臂的放大作用，也会对底部连接处产生一个很大的弯矩。因此，对悬臂梁强度校核前的受力分析和对其进行优化设计对工程和机械领域的发展都有着极大的意义。一般悬臂梁的受力分析一般悬臂梁，既没有经过任何结构和形状改变的普通悬臂梁。

悬臂梁地振动模态实验报告材料

实验等截面悬臂梁模态测试实验一、实验目的 1. 熟悉模态分析原理； 2. 掌握悬臂梁的测试过程。二、实验原理 1. 模态分析基本原理理论上，连续弹性体梁有无限多个自由度，因此需要无限多个连续模型才能描述，但是在实际操作中可以将连续弹性体梁分为n 个集中质量来研究。简化之后的模型中有n 个集中质量，一般就有n 个自由度，系统的运动方程是n 个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。这就是说梁可以用一种“模态模型”来描述其动态响应。模态分析的实质，是一种坐标转换。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。多次锤击各点，通过仪器记录传感器与力锤的信号，计算得到第ｉ个激励点与定响应点（例如点2）之间的传递函数 ω ，从而得到频率响应函数矩阵中的一行频响函数的任一行包含所有模态参数，而该行的r 阶模态的频响函数的比值，即为r 阶模态的振型。 2. 激励方法为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。传递函数分析实质上就是机械导纳，i 和j 两点之间的传递函数表示 [] ∑==N r iN r i r i r H H H 1 21 ... [] Nr r r N r r r r ir k c j m ???ωω? (2112) ∑ =++-=[]{}[] T r ir N r r iN i i Y H H H ??∑==1 21 ...

ANASYS对带裂缝梁体的模态分析

ANSYS对带裂缝结构模态分析通过ANASYS 的计算可以有效的解决带裂缝实体梁的工况利用ANSYS可以对实体进行模态分析的特点，直接建立带裂缝实体梁模型，进行模态分析。取悬臂梁，梁尺寸为mm 200? = 400 ?， ? ? b2000 mm L mm h 取其弹性模量为2.13E10帕，泊松比为0.167，密度为2.5E-6千克每立方毫米，，取ANSYS计算得到开裂前的一阶自振频率为0.74257Hz。取裂缝位置为L L n ，利用实体楔形模拟裂缝，对实体梁进行如下分析：裂缝深度为h a n 1.裂缝宽度对模态的影响分别取裂缝宽度为0.02mm,0.04mm,0.2mm，考察裂缝宽度对梁模态的影响。设定裂缝位置分别为0.1,0.2,0.4,0.6,0.8设定裂缝深度分别为0.1,0.3,0.5分析结果如表1-1所示，其对比图如图1-1所示。从图表数据分析，得到如下结论：在允许裂缝范围内，裂缝的开裂宽度对结构的模态的影响可以忽略不计。 2.裂缝开裂位置对模态影响利用1中结论，取裂缝宽度为0.02mm，考察裂缝在上部开裂时是否与下部开裂时不同。结果如图1-1所示，可以看出与下部开裂时完全相同。因此，可以得到当结构几何尺寸固定时，在同一几何方向上的开裂位置不影响其模态。 3.第二条裂缝模态对比一条裂缝时的模态利用1,2中的结论，取两条均在梁底部的裂缝。第一条裂缝宽度为0.02mm,深度为0.1，位置分别为0.3,0.5,0.7；第二条裂缝宽度为0.02mm，深度分别为0.1,0.3,0.5，位置分别0.1,0.2,0.4,0.6,0.8。分析结果如表3-1。从图3-1可以看出，模拟值与试验值对照良好，可以说明此方法可行。从图3-2可以看出，单裂缝自振频率与完好梁自振频率比，同双裂缝自振频率与单裂缝自振频率比是非常接近的。即，再次开裂对结构前一状态的模态影响是基本相同的。综合1,2,3可以看出，采用实体建模直接构件裂缝的方法分析带裂缝的结构模态是完全可行的，但因为现阶段扩展有限元方法XFEM尚不完善，采用有限元方法建立裂缝又导致需要重新修改实体模型再剖分单元网格，而且，不论是裂缝

ANSYS悬臂梁的自由端受力的有限元计算[1]

悬臂梁自由端受力的有限元计算任柳杰10110290005 一、计算目的 1、掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。 4、梁的变形、挠曲线等情况的分析。 5、一维梁单元，二维壳单元，三维实体单元对计算结果的影响。 6、载荷施加在不同的节点上对结果的影响。二、计算设备 PC，ANSYS软件（版本为11.0）三、计算内容悬臂梁受力模型如上图所示，一段长100[mm]的梁，一端固定，另一段受到平行于梁截面的集中力F的作用，F=100[N]。梁的截面为正方形，边长为10[mm]。梁所用的材料：弹性模量E=2.0 105[MPa]，泊松比0.3。四、计算步骤（以梁单元为例） 1、分析问题。分析该物理模型可知，截面边长/梁长度=0.1是一个较小的值，我们可以用梁单元来分析这样的模型。当然，建立合适的壳单元模型和实体单元模型也是可以的。故拟采用这三种不同的方式建立模型。以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。 2、建立有限元模型。 a)创建工作文件夹并添加标题；在个人的工作目录下创建一个文件夹，命名为beam，用于保存分析过程中生成的各种文件。启动ANSYS后，使用菜单“File”——“Change Directory…”将工作目录指向beam 文件夹；使用/FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM，这样分析过程中生成的文件均以BEAM为前缀。偏好设定为结构分析，操作如下： GUI: Main Menu > Preferences > Structural b)选择单元；进入单元类型库，操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add… 对话框左侧选择Beam选项，在右侧列表中选择2D elastic 3选项，然后单击OK按钮。

实验四悬臂梁弯曲实验汇总

实验四悬臂梁弯曲实验一、电阻应变仪各种不同规格及各种品种的电阻应变计现在有二万多种，测量仪器也有数百余种，但按其作用原理，电阻应变测量系统可看成由电阻应变计、电阻应变仪及记录器三部分组成。其中电阻应变计可将构件的应变转换为电阻变化。电阻应变仪将此电阻变化转换为电压（或电流）的变化，并进行放大，然后转换成应变数值。其中电阻变化转换成电压（或电流）信号主要是通过应变电桥(惠斯顿电桥)来实现的，下面简要介绍电桥原理。 1、应变电桥应变电桥一般分为直流电桥和交流电桥两种，本篇只介绍直流电桥。

电桥原理图所示，它由电阻R1、R2、R3、R4组成四个桥臂，AC两点接供桥电压U。图中U BD是电桥的输出电压，下面讨论输出电压与电阻间的关系。通过ABC的电流为：I1=U/(R2+ R1) 通过ADC的电流为：I2=U/(R3+ R4) BD二点的电位差 U BD= I1R2-I2R3=（R2R4-R1R3）U /(R2+ R1)(R3+ R4) 当U BD=0,即电桥平衡。由此得到电桥平衡条件为： R1 R3 =R2R4 如果R1 =R2 =R3 =R4 =R，而其中一个R有电阻增量，式中2ΔR 与4R相比为高阶微量，可略去，上式化为如果R1 =R2 =R3 =R4为电阻应变计并受力变形后产生的电阻增量为、、、代入式中，计算中略去高阶微量，可得

将式代入上式可得电桥可把应变计感受到的应变转变成电压（或电流）信号，但是这一信号非常微弱，所以要进行放大，然后把放大了的信号再用应变表示出来，这就是电阻应变仪的工作原理。电阻应变仪按测量应变的频率可分为：静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪和超动态电阻应变仪，下面我们简要介绍常用的静态电阻应变仪中的一种应变仪--数字电阻应变仪。二、测量电桥的接法各种应变计和传感器通常需采用某种测量电路接入测量仪表，测量其输出信号。对于电阻应变计或者电阻应变计式传感器，通常采用电桥测量电路，将应变计引起电阻变化转换为电压信号或电流信号。电桥的测量电路由电阻应变计及电阻组成桥臂，电桥的应变计接桥方式分为半桥和全桥。在实际测量中，可以利用电桥的基本特性，采用各种电阻应变计在电桥中不同的连接方法达到不同的测量目的：

悬臂梁应变测量

悬臂梁应变测量摘要：在航空、机械及材料研究领域中，零件的强度是一个很重要问题。研究强度问题的途径之一便是实验应力分析。本课程设计便是利用实验应力分析中的电测法来测定弹性元件等强度悬臂梁在力的作用下产生的应变。具体方法是通过在悬臂梁上粘贴三个应变片，它们均分布在悬臂梁的上表面上，其中一应变片位于纵向轴的中心线上，其余两个应变片分别位于轴中心线的两侧等距离处，且靠近变动端；然后通过增减砝码的个数改变所加的力，利用数字万用表记录、读取数据。为了减小实验误差，本实验采用多次测量求平均值的方法，并对实验数据利用Excel进行了拟合，作出了应变片的电阻变化值与载荷之间的关系图，再根据有关公式，最终得出在弹性限度内悬臂梁的应变与它所受到的外力大小成线性关系。关键词：电测法；应变片；悬臂梁；数字万用表

引言研究强度问题可以有两种途径，即理论分析和实验应力分析。实验应力分析是用实验方法来分析和确定受力构件的应力、应变状态的一门科学，通过实验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和可靠性，并且可以达到减少材料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。实验应力分析的方法很多，有电测法、光测法、机械测量方法等。本实验主要是利用电测法。电测法有电阻、电容、电感测试等多种方法，其中以电阻应变测量方法应用较为普遍。电阻应变测量方法是用电阻应变片测定构件表面的应变，再根据应变--应力关系确定构件表面应力状态。工程中常用此方法来测量模型或实物表面不同点的应力，它具有较高的灵敏度和精度。由于输出的是电信号，易于实现测量数字化和自动化，并可进行遥测。电阻应变测量可以在高温、高压、高速旋转、强磁场、液下等特殊条件下进行，此外还可以对动态应力进行测量。由于电阻应变片具有体积小、质量轻、价格便宜等优点，且电阻应变测试方法具有实时性、现场性，因此它已成为实验应力分析中应用最广的一种方法。它的主要缺点就是，一个电阻应变片只能测量构件表面一个点在某一个方向的应变，不能进行全域性的测量]1[。本实验为悬臂梁的应变测量，所谓的悬臂梁，即一端固定，另一端可以动的弹性元件。应变是描述一点处变形程度的力学量，它是由载荷、温度、湿度等因素引起的物体局部的相对变形，主要有线应变和切应变两类。电阻应变片是一种将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。本实验使用的方法为电测法，通过逐级加减载荷改变悬臂梁所受的力，使之发生不同的形变，用电阻应变片作为传感器，将微小的形变这个非电学量转换成电学量电阻的变化来测量悬臂梁的主应变。在该实验中电阻的变化量是通过数字万用表直接读数处理得到的，之后通过应力与应变之间的关系得出悬臂梁所受的正应力，利用Excel制作出拟合曲线进行分析。本实验主要目的在于了解悬臂梁、电阻应变片的结构及工作原理，掌握数字万用表测电阻的方法及原理，理解灵敏度对测量结果的影响，最终利用数

悬臂梁模态分析实验报告.doc

精品资料悬臂梁各阶固有频率及主振形的测定试验一、实验目的 1、用共振法确定悬臂梁横向振动时的前五阶固有频率； 2、熟悉和了解悬臂梁振动的规律和特点； 3、观察和测试悬臂梁振动的各阶主振型，分析各阶固有频率及其主振型的实测值与理论计算值的误差。二、仪器和设备悬臂梁固定支座；脉冲锤1个；圆形截面悬臂钢梁标准件一个；加速度传感器一个；LMS振动噪声测试系统。三、实验基本原理瞬态信号可以用三种方式产生,分述如下：一是快速正弦扫频法.将正弦信号发生器产生的正弦信号,在幅值保持不变的条件下,由低频很快地连续变化到高频.从频谱上看,该情况下,信号的频谱已不具备单一正弦信号的特性,而是在一定的频率范围内接近随机信号. 二是脉冲激励.用脉冲锤敲击试件,产生近似于半正弦的脉冲信号.信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ,τ越小则频率范围越大. 三是阶跃激励.在拟定的激振点处,用一根刚度大、重量轻的弦经过力传感器对待测结构施加张力,使其产生初始变形,然后突然切断张力弦,相当于给该结构施加一个负的阶跃激振力. 用脉冲锤进行脉冲激振是一种用得较多的瞬态激振方法,它所需要的设备较

少,信号发生器、功率放大器、激振器等都可以不要,并且可以在更接近于实际工作的条件下来测定试件的机械阻抗. 四、实验结果记录前五阶固有频率表阶数固有频率（Hz） 1 8.491 2 54.216 3 154.607 4 304.354 5 494.691 实验测得的前五阶振型图如下： 1阶振型图

2阶振型图 3阶振型图 4阶振型图

5阶振型图五、理论计算悬臂梁固有频率圆截面悬臂钢梁有关参数可取：Pa E 11101.2?=,7850=ρkg/3 m 。用直尺测量悬臂梁的梁长L=1000mm 、梁直径D=12mm 。计算简支梁一、二、三、四阶固有频率和相应的振型，并将理论计算结果填入表。悬臂梁的振动属于连续弹性体的振动，它具有无限多自由度及其相应的固有频率和主振型，其振动可表示为无穷多个主振型的叠加。对于梁体振动时，仅考虑弯曲引起的变形，而不计剪切引起的变形及其转动惯量的影响，这种力学分析模型称为欧拉-伯努利梁。运用分离变量法，结合悬臂梁一端固定一端自由的边界条件，通过分析可求得均质、等截面悬臂梁的频率方程 1 L Lch cos -=ββ （5-1）式中：L ——悬臂梁的长度。梁各阶固有频率为 4 2 2(Al EI l f i i ρπ β）= （5-2）悬臂梁固有圆频率及主振型函数

实验三矩形截面悬臂梁弯曲测弹性模量和泊松比

中国矿业大学力学实验报告姓名白永刚班级土木11-9班同组姓名方雷、蔡卫、蔡尧实验日期2012-10-26 材料弹性模量E 和泊松比μ的测试一、实验目的 1. 测定常用金属材料的弹性模量E 和泊松比μ。 2. 验证胡克定律。 3. 学习掌握电测法的基本原理和电阻应变仪的操作。 4. 熟悉测量电桥的应用。掌握应变片在测量电桥中的各种接线方法。 5. 学习用最小二乘法处理实验数据。二、实验设备 1. 电子万能试验机或组合实验台； 2. 静态电阻应变测力仪； 3. 游标卡尺； 4. 矩形截面梁。三、实验原理和方法材料在线弹性范围内服从胡克定律，应力和应变成正比关系。单向拉伸时，其形式为 E σε= (1) 式中E 为弹性模量。在εσ-曲线上，E 由弹性阶段直线的斜率确定，它表征材料抵抗弹性应变的能力。E 愈大，产生一定弹性变形所需的应力愈大。E 是弹性元件选材的重要依据，是力学计算中的一个重要参量。 00F = l E A l σε = ? (2) 试件弯曲时，产生纵向伸长和横向收缩，或者产生纵向收缩和纵向伸长。实验表明在弹性范围内，横向应变ε'与轴向应变ε，二者之比为一常数，其绝对值称为泊松比，用μ来表示，即 ε εμ' = (3) 本实验采用电测法来测量E 、μ。试件采用矩形截面试件，布片方式如图(a)。在试件中央某截面，沿前后两面轴向分别对称地分布有两对轴向应变片R 1，R 1’以测量轴向应变ε。一对横向应变片R 2，R 2’以测轴向应变ε'。

1. 测弹性模量E 由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减少测量误差，实验已从初载()000F F ≠开始。与0F 对应的应变仪读数d ε可预调到零。采用增量法，分级加载，分别测量在各项同载荷增量F ?作用下，产生的应变增量ε?，并求ε?的平均值。设试件初始横截面面积为A 0，又因=/l l ε?,则（2）式可写成 0A F E ε?= ?均 (4) 上式即为增量法测E 得计算公式，其中d ε?为试件实际轴向应变增量的平均值， F ?为加载力的阶段差值。实验前拟定加载方案，通常考虑以下情况： (1) 由于在比例极限内进行试验，故最大应力值不应大于比例极限，实验最大载荷为 max 0(0.70.8)A S F σ≤- (5) (2) 初载荷0F 可按max F 的10%或稍大于此值来设定。 (3) 分5-7级加载，每级加载后要使应变度数有明显变化。 2. 测泊松比μ 利用试件的横向应变和轴向应变，采用全桥测量法，在弯曲情况下测出横向应变ε'和轴向应变F ε，并随时检验其增长是否符合线性规律。按照定义有 ()F 21d εμε=+ (6) 'F =ε με?? 均均 (7) 布片方案如图(a)所示。

悬臂梁实验简明指导书

悬臂梁实验指导 1、实验目的 1、初步掌握电测方法和多点应变测量技术； 2、测定悬臂梁上下表面的应力，验证梁的弯曲理论。 2、实验设备 1、材料力学组合试验台； 2、电阻应变仪； 3、矩形截面钢梁。 3、原理及方法如上图，梁在纯弯曲时，同一截面的上表面产生拉应变，下表面产生压应变，上下表面产生的拉压应变绝对值相等。分别在梁上下表面对称位置贴上应变片R1、R2，此时，可得到不同横截面的正应力σ，其理论值计算公式： M ：弯矩 M=P·L （ L ：载荷作用点到测试点的距离）（抗弯截面矩量）温度补偿片贴在相同材料的金属上。对每一待测应变片联同补偿片按半桥接线。测出载荷作用下各待测点的应变ε，由胡克定律知：，于是可将实测值和理论值进行比较。四、实验步骤及注意事项 1、按照指导书介绍的电阻应变仪使用方法，根据应变片灵敏系数k，设定仪器灵敏系数k仪，使k仪=k。 2、对每一待测应变片联同补偿片按半桥接线，在本次实验中，将用导线把所有的b端、c端各自连通（短路），以实现各测点共用补偿片。 3、准备好加载法码 (本次实验用的是非标准法码)。 4、确认无加载，此时把各测点的应变调零，用应变仪的换点开关切换测点。 5、开始进行加载、实验。(应片仪读数为微应变) 6、加载法码时要缓慢，测量中不要挪动导线；小心操作，不

要因超载压坏钢梁。五、数据处理 1、本次实验以加载一次和卸载一次为例，卸载可观察一下数据飘移的现象，多次的可以类推。每次由P1到P3(Pmax)，在应变仪上读出各测点逐次的应变值，然后进行逐级卸载，并记录相应的应变值。 2、把所有实测数据填入数据表中，并按公式进行计算。 3、每一测点求出对的相对误差e： 4、相关数据应变片灵敏系数k=2，阻值为120Ω；悬臂梁弹性模量E=2.15×1011 Pa 悬臂梁横相关几何尺寸：L=300mm、h=10mm、b=30mm、1N=0.102kgf 1kgf (公斤力) =9.8N 1MPa=1×106 Pa (1MPa=1N/mm2，1Pa=1N/m2) 测量片1 载荷加载卸载相对误差 e： P1 P2 P3 测量片2 载荷加载卸载相对误差 e： P1 P2 P3 实验中心机械实验室 2009年10月

悬臂梁的受力分析

悬臂梁的受力分析实验目的：学会使用有限元软件做简单的力学分析，加深对材料力学相关内容的理解，了解如何将理论与实践相结合。实验原理：运用材料力学有关悬臂梁的的理论知识，求出在自由端部受力时，其挠度的大小，并与有限元软件计算相同模型的结果比较实验步骤： 1，理论分析如下图所示悬臂梁，其端部的抗弯刚度为 3 3EI l ，在其端部施加力F ，可得到其端部挠度为：3 3Fl EI ，设其是半径为0.05米，长为1米，弹性模量11 210E =?圆截面钢梁，则其可求出理论挠度值3 4 43Fl ER ωπ=，先分别给F 赋值为100kN ，200kN ，300kN ，400kN ，500kN .计算结果如下表： 2有限元软件（ansys ）计算：（1）有限元模型如下图：

模型说明,本模型采用beam188单元，共用11个节点分为10个单元，在最有段施加力为F 计算得到端部的挠度如下表所示，得到梁端部在收到力为100kN时Y方向的位移云图：将理论计算结果与ansys分析结果比较如下表：

通过比较可得，理论值与软件模拟结果非常接近，在力学的学习中只要能熟练的掌握理论知识，在软件模拟过程中便可做到心中有数，在本实验中理论值是通过材料力学中得一些假设得到的一个解析解，而实验也是用了相同的假设，并将梁离散为十个单元，得到数值解，因此和理论值的误差是不可避免的，通过增加离散单元的个数可以有效的减少误差，但是增大了计算量，因此在实践中，只要选取合适的离散单元数，能够满足实践要求即可，这就需要有更加扎实有限元知识作为指导。通过本次试验，让我对力学知识及力学知识的应用有了更进一步的了解，对今后的学习应该有一定的指导意义。附：ansys命令流 /TITLE,liangfenxi /PREP7 !* ET,1,BEAM188 !* !* MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2e11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 SECTYPE, 1, BEAM, CSOLID, q, 0

悬臂梁模态分析实验报告

悬臂梁各阶固有频率及主振形的测定试验一、实验目的 1、用共振法确定悬臂梁横向振动时的前五阶固有频率； 2、熟悉和了解悬臂梁振动的规律和特点； 3、观察和测试悬臂梁振动的各阶主振型，分析各阶固有频率及其主振型的实测值与理论计算值的误差。二、仪器和设备悬臂梁固定支座；脉冲锤1个；圆形截面悬臂钢梁标准件一个；加速度传感器一个；LMS振动噪声测试系统。三、实验基本原理瞬态信号可以用三种方式产生,分述如下：一是快速正弦扫频法.将正弦信号发生器产生的正弦信号,在幅值保持不变的条件下,由低频很快地连续变化到高频.从频谱上看,该情况下,信号的频谱已不具备单一正弦信号的特性,而是在一定的频率围接近随机信号. 二是脉冲激励.用脉冲锤敲击试件,产生近似于半正弦的脉冲信号.信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ,τ越小则频率围越大. 三是阶跃激励.在拟定的激振点处,用一根刚度大、重量轻的弦经过力传感器对待测结构施加力,使其产生初始变形,然后突然切断力弦,相当于给该结构施加一个负的阶跃激振力. 用脉冲锤进行脉冲激振是一种用得较多的瞬态激振方法,它所需要的设备较少,信号发生器、功率放大器、激振器等都可以不要,并且可以在更接近于实际工作的条件下来测定试件的机械阻抗. 四、实验结果记录

前五阶固有频率表阶数固有频率（Hz） 1 8.491 2 54.216 3 154.607 4 304.354 5 494.691 实验测得的前五阶振型图如下： 1阶振型图 2阶振型图

3阶振型图 4阶振型图 5阶振型图

五、理论计算悬臂梁固有频率圆截面悬臂钢梁有关参数可取：Pa E 11101.2?=,7850=ρkg/3 m 。用直尺测量悬臂梁的梁长L=1000mm 、梁直径D=12mm 。计算简支梁一、二、三、四阶固有频率和相应的振型，并将理论计算结果填入表。悬臂梁的振动属于连续弹性体的振动，它具有无限多自由度及其相应的固有频率和主振型，其振动可表示为无穷多个主振型的叠加。对于梁体振动时，仅考虑弯曲引起的变形，而不计剪切引起的变形及其转动惯量的影响，这种力学分析模型称为欧拉-伯努利梁。运用分离变量法，结合悬臂梁一端固定一端自由的边界条件，通过分析可求得均质、等截面悬臂梁的频率方程 1 L Lch cos -=ββ （5-1）式中：L ——悬臂梁的长度。梁各阶固有频率为（5-2）

悬臂梁

带孔的悬臂梁有限元分析下图所示为带方孔（边长为80mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）问题分析： 1.该问题属于平面应力问题。分析类型为静力分析。 2.初步判断孔的上边受拉力，下边受压力。 3.其最大位移发生在受力部位。 4.经查询资料，该悬臂梁材料为钢。其45号钢。E=210GPa.泊松比V=0.37 一进入ANSYS 例如在D盘建立一名为lianxi的文件夹，工作文件名为xuanbiliang。然后运行开始——>程序——>ANSYS11.0.0——> Ansys Product Launcher →file Management →select Working Directory: D:\lianxi，input job name: xuanbiliang→Run 二建立几何模型 1.首先设置优先权 1))Main Menu：Preferences 2)在弹出的对话框中将“Structural”选项选中。按下OK按钮完成操作并关闭对话框

2.建立模型。 1. Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→keypionts→in active cs. 2. 创建关键点在打开的对话框里面分别输入要建立模型的关键点，在上面的输入框里面输入关键点的编号，下面的三个输入框内输入其坐标。为1（0，0，0）2（0，500，0）3（900，250，0）4（450，500，0）5（900，500，0）如下 3.创建悬臂梁面积。Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→arbitary→Though kps.分别选中图上的1-5点，点击OK

三角形悬臂梁应力分析备课讲稿

三角形悬臂梁应力分析

三角形悬臂梁应力分析摘要：在有限元分析软件ANSYS12.0平台上建立三角形悬臂梁的力学模型，添加约束和载荷，计算出应力分布，并与理论计算值相比较。 ⒈ 引言目前，ANSYS 软件具有其强大的功能已经被广泛的应用于机械，化工，土木，交通等各个领域。应用ANSYS 分析，可以大大减少人力物力的投入，而且可靠性高，对于三角形悬臂梁分析其应力和变形情况，分析方法和结论可作为这类设计的参考。 ⒉ 计算模型 Ⅰ问题描述【三角形悬臂梁忽略重力作用，∠BAC=α，AB 边上作用均布载荷q ，求应力的解析表达，计算出BC 边上的应力值并与ANSYS 计算值比较，绘出应力曲线图】选取应力函数： Ansys 计算参数值：AB=1000mm ，α=30°，厚度t=20mm 2222[()sin cos cos tan ]C r r r ?θθθθα=?-+- Ⅱ解析解根据弹塑性平面问题的极坐标解答，利用以下公式推导：

222 222211111()r r r r r r r r r r r θθ??σθ?σ???τθθθ ??=+???=?????=-=-????? 以及 2222cos sin 2sin cos sin cos 2sin cos x r r y r r θθθθσσθσθτθθ σσθσθτθθ=+-=++ 已知 2222[()sin cos cos tan ]C r r r ?θθθθα=?-+-，故有以下式子成立： 22222222222[2()2sin cos 2cos tan ][2()2sin cos 2cos tan ][cos 2sin 2tan ][2sin 22cos 2tan ]C r r r r C r C r r r C r r ?αθθθθα?αθθθθα?θθαθ ?θθαθ ?=-+-??=-+-??=-++??=-+? 所以， 22222222211[2()sin 22cos tan 2cos 2tan ][2()sin 22cos tan ]111()[1cos 2sin 2tan ]r r C r r r C r C r r r r r θθ??σαθθθαθαθ ?σαθθθα???τθθαθθθ ??=+=---+???==-+-?????=-=-=--????? 因此， 222222222224cos sin 2sin cos [2()2sin 2cos 2cos tan 2cos cos 2tan sin 2cos 2sin 2tan ]sin cos 2sin cos [2()2cos sin 2cos 2sin 2tan 2tan sin cos 3tan cos ]x r r y r r C C θθθθσσθσθτθθ αθθθθαθθαθθθασσθσθτθθ αθθθθθααθθαθ=+-=---+++=++=-+-++- 由边界0()/y y q t σ==-,即当0θ=时，/y q t σ=-；带入y σ的表达式中可得：

ansys耦合场压电梁的模态分析

压电梁的模态分析几何尺寸：梁的长度L1=300mm 宽度W=30mm 厚度H1=2mm 压电片长度L=50mm 宽度W=30mm 厚度H=1mm 采用pzt-5H压电陶瓷片模态分析结果一阶振型（f=23.144Hz）