多因素作用下的力學(xué)量傳感與測試技術(shù)研究.pdf

1、力學(xué)試驗(yàn),作為力學(xué)學(xué)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(biāo)。力學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)信息的提取過程就是一個在繁雜力學(xué)環(huán)境中去偽存真,去粗取精的過程。力學(xué)試驗(yàn)的成敗則取決于力學(xué)信息獲取的手段和方法、力學(xué)信息的表征、力學(xué)信息的分析與應(yīng)用以及試驗(yàn)過程中的人為因素。
　　 隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,一方面,力學(xué)試驗(yàn)涉及領(lǐng)域快速擴(kuò)展,復(fù)雜程度不斷提升。另一方面,研究與工程實(shí)際的需求

2、對試驗(yàn)精度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性不斷的提出新的挑戰(zhàn)。如何在實(shí)驗(yàn)中提高測試精度,改進(jìn)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(fù)雜力學(xué)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(yīng)用是一項(xiàng)具有極強(qiáng)科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義的工作。
　　 本文以力學(xué)測量綜合誤差控制和力學(xué)信息的提取與應(yīng)用為主線,對金屬材料力學(xué)性能測試中的變形測試精度問題、高拉扭比復(fù)合載荷作用下的多維力傳

3、感器設(shè)計問題,生物力學(xué)中本構(gòu)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)存的若干困難的應(yīng)對方法以及“部件”層次的各種力學(xué)量測試的方法,基于力學(xué)特征量采集與識別方法等若干多因素作用下力學(xué)量傳感與測量問題進(jìn)行了廣泛的探討。具體的工作和成果包括:
　　 ①探討了力學(xué)測試技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中最常用的電阻應(yīng)變式變形傳感器——電子引伸計的設(shè)計與制造,特別是彈性體及傳感臂在結(jié)構(gòu)的設(shè)計和材料的選擇上作了深入的分析。為了消除試驗(yàn)中偏心拉

4、伸所帶來的影響,設(shè)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(biāo)準(zhǔn)拉伸實(shí)驗(yàn)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(jī)理做出了分析與驗(yàn)證。
　　 ②針對薄壁微管拉扭試驗(yàn)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(fù)合式傳感器,解決了拉扭傳感器在這一特殊應(yīng)用下諸多精度問題,滿足了試驗(yàn)要求,為類似

5、的高拉扭比載荷傳感器的設(shè)計提供了具有參考價值的設(shè)計實(shí)例。
　　 ③在生物力學(xué)交叉學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域,針對生物軟組織在本構(gòu)實(shí)驗(yàn)中分層分束,含水性高,常規(guī)夾持易受損等問題,設(shè)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(shè)計的膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶的分束張力測量的部件試驗(yàn),實(shí)踐了混合數(shù)值——實(shí)驗(yàn)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(lǐng)域設(shè)計了一種基于“力感知”鍵盤的力學(xué)特征