·14 工程科学学报，第37卷，增刊1 生扭曲，检测传感器的两个磁芯探头不再位于磁场的 示形状时，中间被测薄板应力值较大，同时整个试件变 等强度磁势线上·当变化的磁通流过检测磁芯将在检 形较小，在薄板产生同样大小应力时所需加载力也 测线圈中产生感应电动势，并由此产生与应力成比例 较小. 关系的电压信号 通过给试件模型上下两个表面各加载10kN压 本试验中，励磁电源由工频电源变压器和调压器 力，整个试件所受应力如图4所示，试件应力最大部分 组成，工作电路频率为50Hz.励磁电路采用由电感L、 为中间薄板.由模型分析可知，在外载荷为10kN时中 电容C与等效电阻R组成的并联谐振电路，实验中电 间被测薄板主要承受拉力，其水平方向应力状态如图 感由一个自制的可调电感和两个固定电感串联而成， 5所示. 电容采用无极性电容.实验使用50z固定频率电源 AN 作为励磁电源，通过调整电感值来达到谐振状态.励 磁谐振电路如图2所示 可调电感 传感器 电感器 开关 电容器 电阻器 交流电源 1.43x101 5.67×10 ⊙ 图4试件应力分布图 图2励磁谐振电路示意图 Fig.4 Stress distribution of the specimen Fig.2 Schematic diagram of the excitation resonant circuit N 图3是有加载力时采用的测量系统框图.电源采 用220V,50Hz交流电源，通过固定变压器将电压降 低，然后接入可调变压器.励磁传感器和检测传感器 与试件采用有机硅橡胶进行固定.检测线圈经过滤波 放大，接入示波器，实验过程使用示波器监测输出的波 形，并通过计算机记录示波器中波形及幅值相位的 变化. 励磁传感器 U型磁芯励磁线圈 励磁电路调压器变压器电源 300x10322x102344x10 367×10 ,389x10 3.11×103.33x10 3.56x103.78x1 400x10 被测试样 万用表 图5被测薄板水平方向应力分布图 感应传感器 Fig.5 Horizontal stress distribution of the specimen U型磁芯 感应线圈 滤波放大 示波器 计算机 随着模型加载力不断增加，模型将逐渐达到其屈 图3电磁检测系统原理框图 服极限，产生塑形变形.试件材料选用的是Q235和经 Fig.3 Block diagram of the electromagnetic testing system 过调质处理的45钢.经过分析，材料为Q235的试件 模型达到屈服变形所能承受临界压力为5kN.当加载 2 标定块的设计与分析 压力超过5kN,试件将发生塑型变形，被测薄板上应力 2.1应力试件的仿真分析 状态将不符合重复实验的要求.经过调质处理的45 实验中使用加载设备为手动式液压压力机，所用 钢试件模型达到屈服变形所加载的临界压力为6kN 试件需要不断的重复加载卸载，同时保持试件应力状 当加载压力超过6kN时，试件同样会发生塑形变形 态不受外界环境影响.在实验中，为了满足重复试验， 在实验中，加载最大压力取理论分析临界压力的 以及尽量消除被测试件结构及应力状态的影响，本文 80%. 设计并制作了可以重复加载的应力试件，通过ANSYS 2.2应力试件贴片实验 有限元仿真，确定了较为理想的试件形状和尺寸 为了测试拉应力标定块形变时的应变输出，分析 采用ANSYS建立不同尺寸模型，模型在如图4所 中间应变板的性能，实验采用东华数据监测装置为系工程科学学报，第 37 卷，增刊 1 生扭曲，检测传感器的两个磁芯探头不再位于磁场的 等强度磁势线上． 当变化的磁通流过检测磁芯将在检 测线圈中产生感应电动势，并由此产生与应力成比例 关系的电压信号． 本试验中，励磁电源由工频电源变压器和调压器 组成，工作电路频率为 50 Hz． 励磁电路采用由电感 L、 电容 C 与等效电阻 R 组成的并联谐振电路，实验中电 感由一个自制的可调电感和两个固定电感串联而成， 电容采用无极性电容． 实验使用 50 Hz 固定频率电源 作为励磁电源，通过调整电感值来达到谐振状态． 励 磁谐振电路如图 2 所示． 图 2 励磁谐振电路示意图 Fig． 2 Schematic diagram of the excitation resonant circuit 图 3 是有加载力时采用的测量系统框图． 电源采 用 220 V，50 Hz 交流电源，通过固定变压器将电压降 低，然后接入可调变压器． 励磁传感器和检测传感器 与试件采用有机硅橡胶进行固定． 检测线圈经过滤波 放大，接入示波器，实验过程使用示波器监测输出的波 形，并通过计算机记录示波器中波形及幅值相位的 变化． 图 3 电磁检测系统原理框图 Fig． 3 Block diagram of the electromagnetic testing system 2 标定块的设计与分析 2. 1 应力试件的仿真分析 实验中使用加载设备为手动式液压压力机，所用 试件需要不断的重复加载卸载，同时保持试件应力状 态不受外界环境影响． 在实验中，为了满足重复试验， 以及尽量消除被测试件结构及应力状态的影响，本文 设计并制作了可以重复加载的应力试件，通过 ANSYS 有限元仿真，确定了较为理想的试件形状和尺寸． 采用 ANSYS 建立不同尺寸模型，模型在如图 4 所 示形状时，中间被测薄板应力值较大，同时整个试件变 形较小，在薄板产生同样大小应力时所需加载力也 较小． 通过给试件模型上下两个表面各加载 10 kN 压 力，整个试件所受应力如图 4 所示，试件应力最大部分 为中间薄板． 由模型分析可知，在外载荷为 10 kN 时中 间被测薄板主要承受拉力，其水平方向应力状态如图 5 所示． 图 4 试件应力分布图 Fig． 4 Stress distribution of the specimen 图 5 被测薄板水平方向应力分布图 Fig． 5 Horizontal stress distribution of the specimen 随着模型加载力不断增加，模型将逐渐达到其屈 服极限，产生塑形变形． 试件材料选用的是 Q235 和经 过调质处理的 45# 钢． 经过分析，材料为 Q235 的试件 模型达到屈服变形所能承受临界压力为 5 kN． 当加载 压力超过 5 kN，试件将发生塑型变形，被测薄板上应力 状态将不符合重复实验的要求． 经过调质处理的 45# 钢试件模型达到屈服变形所加载的临界压力为 6 kN． 当加载压力超过 6 kN 时，试件同样会发生塑形变形． 在实验 中，加 载 最 大 压 力 取 理 论 分 析 临 界 压 力 的 80% ． 2. 2 应力试件贴片实验 为了测试拉应力标定块形变时的应变输出，分析 中间应变板的性能，实验采用东华数据监测装置为系 ·14·