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)變式測力傳感器，是風(fēng)洞試驗中最重要的測量裝置，目前應(yīng)變天平已廣泛應(yīng)用于各類空氣動力測量試驗。相比于機械天平和壓電天平，應(yīng)變天平有著明顯的優(yōu)勢，主要包括動態(tài)響應(yīng)快、設(shè)計制造成本低、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力元件各種結(jié)構(gòu)形式的特點，分析了電測性能的影響因素并說明了對應(yīng)的補償措施。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。接下來利用Solidworks對選定結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)變天平進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)果對結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化，直到滿足設(shè)計要求。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)果進行對比，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)計后，介紹了其

3、制造工藝并進行了風(fēng)洞試驗前的靜態(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度鋼00Ni18Co8Mo5TiAl的加工性能特點，針對該應(yīng)變天平體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和材料強度高的特點設(shè)計了具體的加工流程。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)計了測量電路。制造過程首先是對材料毛坯進行固溶處理，在固溶狀態(tài)下完成所有機械加工，再進行時效硬化、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