多因素作用下的力學量傳感與測試技術研究.pdf

1、力學試驗,作為力學學科的重要研究手段和組成部分,始終以從被試對象或現(xiàn)象中獲取并提煉能夠反映其客觀現(xiàn)象本質(zhì)的信息為終極目標。力學現(xiàn)象本質(zhì)信息的提取過程就是一個在繁雜力學環(huán)境中去偽存真,去粗取精的過程。力學試驗的成敗則取決于力學信息獲取的手段和方法、力學信息的表征、力學信息的分析與應用以及試驗過程中的人為因素。
　　 隨著社會經(jīng)濟和科學技術的飛速發(fā)展,一方面,力學試驗涉及領域快速擴展,復雜程度不斷提升。另一方面,研究與工程實際的需求

2、對試驗精度和實驗數(shù)據(jù)的可靠性不斷的提出新的挑戰(zhàn)。如何在實驗中提高測試精度,改進和創(chuàng)新測試方法,從而有效減少和消除來自整個測試過程的誤差和失誤還有眾多問題亟待解決。特別是在多因素作用下的復雜力學量傳感和測試、測量信息的不確定度控制以及有效信息的加工與應用是一項具有極強科學意義和現(xiàn)實意義的工作。
　　 本文以力學測量綜合誤差控制和力學信息的提取與應用為主線,對金屬材料力學性能測試中的變形測試精度問題、高拉扭比復合載荷作用下的多維力傳

3、感器設計問題,生物力學中本構(gòu)實驗現(xiàn)存的若干困難的應對方法以及“部件”層次的各種力學量測試的方法,基于力學特征量采集與識別方法等若干多因素作用下力學量傳感與測量問題進行了廣泛的探討。具體的工作和成果包括:
　　 ①探討了力學測試技術中最重要的兩個被測量:力和變形量的傳感及測試方法。對在標準試驗中最常用的電阻應變式變形傳感器——電子引伸計的設計與制造,特別是彈性體及傳感臂在結(jié)構(gòu)的設計和材料的選擇上作了深入的分析。為了消除試驗中偏心拉

4、伸所帶來的影響,設計了一種高精度的雙側(cè)電子引伸計。同時利用理論分析以及有限元數(shù)值模擬方法,系統(tǒng)地研究了在金屬標準拉伸實驗中,上下夾具偏心對變形測量結(jié)果帶來的影響,并對變形測量中出現(xiàn)的變形值“反走”這一特殊的現(xiàn)象出現(xiàn)的機理做出了分析與驗證。
　　 ②針對薄壁微管拉扭試驗中載荷測量的特殊需求,研制了一種基于薄梁拉——彎變形的對稱一體化結(jié)構(gòu)的高拉扭載荷比復合式傳感器,解決了拉扭傳感器在這一特殊應用下諸多精度問題,滿足了試驗要求,為類似

5、的高拉扭比載荷傳感器的設計提供了具有參考價值的設計實例。
　　 ③在生物力學交叉學科中的實驗領域,針對生物軟組織在本構(gòu)實驗中分層分束,含水性高,常規(guī)夾持易受損等問題,設計了一種適用于生物軟組織材料的冷凍夾持夾具,并結(jié)合所設計的膝關節(jié)前交叉韌帶的分束張力測量的部件試驗,實踐了混合數(shù)值——實驗的材料參數(shù)反推識別方法,在生物材料的參數(shù)獲取和修正上取得了良好的效果。
　　 ④面向生物識別領域設計了一種基于“力感知”鍵盤的力學特征