Aalborg Universitet Esbjerg 18. december 2009 Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks F Strain gauges BM7 1 E09

Relaterede dokumenter
Aalborg Universitet Esbjerg 18. december 2009 Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks E Trækforsøg BM7 1 E09

Aalborg Universitet Esbjerg 18. december 2009 Spændings- og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks K Analytiske

A Calfem-kommandoer B Forsøg B.1 Trykforsøg med aluminiumsblok B.1.1 Formål B.1.2 Forsøgsbeskrivelse... 10

1 v out. v in. out 2 = R 2

Bevægelse op ad skråplan med ultralydssonde.

MODUL 5 ELLÆRE: INTRONOTE. 1 Basisbegreber

Centralt belastede søjler med konstant tværsnit

Uafhængig og afhængig variabel

El-Teknik A. Rasmus Kibsgaard Riehn-Kristensen & Jonas Pedersen. Klasse 3.4

Sabatiers princip (TIL LÆREREN)

Deformation af stålbjælker

[FUNKTIONER] Hvornår kan vi kalde en sammenhæng en funktion, og hvilke egenskaber har disse i givet fald. Vers. 2.0

Analyse af måledata II

Kalkulus 1 - Opgaver. Anne Ryelund, Anders Friis og Mads Friis. 20. januar 2015

Elementær Matematik. Trigonometriske Funktioner

En sumformel eller to - om interferens

Indre modstand og energiindhold i et batteri

DETTE OPGAVESÆT INDEHOLDER 5 OPGAVER MED IALT 11 SPØRGSMÅL. VED BEDØMMELSEN VÆGTES DE ENKELTE

NOGLE OPGAVER OM ELEKTRICITET

Kapitel 2 Tal og variable

Funktioner. 1. del Karsten Juul

Trekants- beregning for hf

Besvarelser til Calculus og Lineær Algebra Globale Forretningssystemer Eksamen - 3. Juni 2014

Benjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget! hvor er den passerede ladning i tiden, og enheden 1A =

1 Palm teori. Palm teori 1

fortsætte høj retning mellem mindre over større

Harmonisk oscillator. Thorbjørn Serritslev Nieslen Erik Warren Tindall

Aalborg Universitet Esbjerg 18. december 2009 Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks B Finite Element Metode BM7 1

Ligninger med Mathcad

ELEKTRISKE KREDSLØB (DC)

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

Kompendium i faget. Matematik. Tømrerafdelingen. 2. Hovedforløb. Y = ax 2 + bx + c. (x,y) Svendborg Erhvervsskole Tømrerafdelingen Niels Mark Aagaard

AARHUS UNIVERSITET. Det naturvidenskabelige fakultet 3. kvarter forår OPGAVESTILLER: Allan H. Sørensen

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 13

Formelsamling Matematik C

Appendiks 1. I=1/2 kerner. -1/2 (højere energi) E = h ν = k B. 1/2 (lav energi)

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

GrundlÄggende variabelsammenhänge

Ohms Lov Ohms lov beskriver sammenhæng mellem spænding, strømstyrke og modstand.

Lektion 1. Tal. Ligninger og uligheder. Funktioner. Trigonometriske funktioner. Grænseværdi for en funktion. Kontinuerte funktioner.

Differentialregning med TI-Interactive! Indledende differentialregning Tangenter Monotoniforhold og ekstremum Optimering Jan Leffers (2009)

8. Jævn- og vekselstrømsmotorer

Ohms lov. Formål. Princip. Apparatur. Brug af multimetre. Vi undersøger sammenhængen mellem spænding og strøm for en metaltråd.

Danmarks Tekniske Universitet

Det Teknisk Naturvidenskabelige Fakultet

Introduktion til Laplace transformen (Noter skrevet af Nikolaj Hess-Nielsen sidst revideret marts 2013)

Modellering af elektroniske komponenter

Når enderne af en kobbertråd forbindes til en strømforsyning, bevæger elektronerne i kobbertråden sig (fortrinsvis) i samme retning.

Gruppemedlemmer gruppe 232: Forsøg udført d. 21/ Erik, Lasse, Rasmus Afleveret d.?/ LYSETS BRYDNING. Side 1 af 10

Analog Øvelser. Version. A.1 Afladning af kondensator. Opbyg følgende kredsløb: U TL = 70 % L TL = 50 %

Studieretningsopgave

Elektronikken bag medicinsk måleudstyr

Øvelses journal til ELA Lab øvelse 4: Superposition

Matematik A. Højere teknisk eksamen

AARHUS UNIVERSITET. Det Naturvidenskabelige Fakultet Augusteksamen OPGAVESTILLER: Allan H. Sørensen

Skriftlig eksamen i samfundsfag

Projekt 7.9 Euklids algoritme, primtal og primiske tal

Matematik i grundforløbet

MASKELIGNINGER - KIRCHHOFFS LOVE (DC) Eksempel

IMPEDANSBEGREBET - KONDENSATOREN. Faseforskydning mellem I og U Eksempel: R, X og Z I og U P, Q og S. Diagrammer

Bachelorprojekt. Simulering af ulineære trækprøveforsøg i Ansys Workbench Søren Mathiassen Esbjerg Institute of Technology

EDR Frederikssund afdeling Almen elektronik kursus. Afsnit 9-9B-10. EDR Frederikssund Afdelings Almen elektronik kursus. Joakim Soya OZ1DUG Formand

Når strømstyrken ikke er for stor, kan batteriet holde spændingsforskellen konstant på 12 V.

a og b Den magnetiske kraftlov Og måling af B ved hjælp af Tangensboussole

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Regneoperationerne plus og minus er hinandens omvendte regneoperation og at gange og dividere er hinandens omvendte regneoperation.

STÅLSØJLER Mads Bech Olesen

Funktioner og ligninger

Der hænger 4 lodder i et fælles hul på hver side af en vægtstang. Hvad kan du sige med hensyn til ligevægt?:

I. Deskriptiv analyse af kroppens proportioner

Du kan lægge det samme tal til eller trække det samme tal fra på begge sider af lighedstegnet.

Effekten af indvandring på indfødte danskeres løn og beskæftigelse

Eksponentielle sammenhænge

Lineære sammenhænge. Udgave Karsten Juul

Matematik A. Højere teknisk eksamen. Forberedelsesmateriale. htx112-mat/a

HALSE WÜRTZ SPEKTRUM FYSIK C Energiregnskab som matematisk model

Skråplan. Dan Elmkvist Albrechtsen, Edin Ikanović, Joachim Mortensen. 8. januar Hold 4, gruppe n + 1, n {3}, uge 50-51

C R. Figur 1 Figur 2. er eksempler på kredsløbsfunktioner. Derimod er f.eks. indgangsimpedansen

a og b. Den magnetiske kraftlov Og måling af B ved hjælp af Tangensboussole

Besvarelser til Calculus og Lineær Algebra Globale Forretningssystemer Eksamen - 8. Juni 2015

AIMT Hærderiet Induktionshærdning The Group of Aalberts Industries Material Technologies

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

5: Trigonometri Den del af matematik, der beskæftiger sig med figurer og deres egenskaber, kaldes for geometri. Selve

Variabel- sammenhænge

2 Erik Vestergaard

ysikrapport: Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide I gruppe med Morten Hedetoft, Kasper Merrild og Theis Hansen Afleveringsdato: 28/2/08

Udledning af Keplers love

b. Sammenhængen passer med forskriften for en potensfunktion når a = 1 og b= k.

Funktioner. 3. del Karsten Juul

Aalborg Universitet Esbjerg Det Teknisk Naturvidenskabelige Fakultet Kandidatuddannelsen 1. semester BM-sektoren

Ib Michelsen Vejledende løsning stxb 101 1

Matematik A. 5 timers skriftlig prøve. Højere Teknisk Eksamen i Grønland maj 2009 GLT091-MAA. Undervisningsministeriet

Løsningsforslag Mat B August 2012

Opgave 1. (a) Bestem de to kapacitorers kapacitanser C 1 og C 2.

Beregning af SCOP for varmepumper efter En14825

Matricer og lineære ligningssystemer

Lineære 1. ordens differentialligningssystemer

Symbolsprog og Variabelsammenhænge

Andengradspolynomier - Gymnasienoter

KONDENSATORER (DC) Princip og kapacitans Serie og parallel kobling Op- og afladning

Transkript:

18. december 2009 Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks F Strain gauges

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks F Strain gauges... 3 F 1. Strain gauge... 3 F 2. Wheatstonebroen... 6 F 3. Tøjningstransformation og rosette gauge teori... 7 F 4. Referenceliste... 11 Side II

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Appendiks F Strain gauges Formålet med dette afsnit er at beskrive den grundlæggende strain gauges teori. Der vil blive behandlet følgende emner strain gaugens grundligning beskrivelse af Wheatstonebroens virkemåde tøjningstransformation og rosette gauge teori Afsnittet er skrevet i henhold til notatet Noter til eksperimentielle metoder 1 F 1. Strain gauge En strain gauge er en enhed der benyttes til tøjningsmåling. Strain gaugen består at en række ledende metaltråde, der er omsluttet af en beskyttende folie. Strain gaugen påsættes konstruktionsdelen i det punkt der ønskes undersøgt. Strain gaugen er underlagt de samme tøjninger, som konstruktionsdelen. Tøjningerne i materialet medfører at strain gaugens metaltråde forkortes eller forlænges, hvormed den elektriske modstand tilsvarende ændres. Modstandsændringen bestemmes ved anvendelse at et signalkonditioneringskredsløb, der benævnes en Wheatstone bro. Modstandsændringen omregnes til en tøjning. Strain gauges fås i forskellige udformninger og størrelser, de hyppigst anvendte gaugelængder er 3 6 mm. Strain gauges måler tøjningen i trådens længderetning, det betyder enkelt gauges måler i én retning og rosette gauges måler i tre retninger. Rosette gauges består principielt af tre enkelt gauges, der er sammensat i det samme punkt. Rosette gauges og teorien herom behandles særskilt i afsnit F 3. Nedenstående figur illustrerer en principskitse af en enkelt gauge og en rosette gauge, tilsvarende til de der anvendt i forsøgene. Figur 1: Principskitse af enkelt gauge og rosette gauge Strain gauges måler tøjningen som en gennemsnitstøjning målt over metaltrådens udstrækning i gaugens lænderetning. Måles tøjningen i et område med en varierende tøjning, som f.eks. omkring et hul, opnås det det bedste resultat ved anvende små strain gauges. Nedenstående figur illustrerer en strain gauge placeret i et område med stor tøjningsvariation. 1 Undervisningsnotat til undervisningen eksperimentelle metoder. Side 3

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Figur 2: Stain gauge placeret i et område med varierende tøjning, f.eks. omkring et hul. Kilde: Strain gages and instruments, Tech node TN 505 4, side 54, af Vishay Micro Measurements. I det følgende opstilles strain gaugens grundligning. Ligningen udtrykker sammenhængen mellem modstandsændringen og længdetøjningen. Modstanden gennem en metaltråd er en funktion af tværsnitsarealet, længden, samt den specifikke modstand af materialet, se formel (F.1) (F.1) Hvor er den specifikke modstand af materialet A er tværsnitsarealet L er længden af materialer Modstandsændringen i strain gaugen er en kombination af længdeændringen, tværsnitsændringen samt modstandsændringen. Dette kan opskrives ved formel (F.2) (F.2) Udtrykket for R indsættes i ligning (F.2) 1 (F.3) Der divideres igennem med R. 1 1 1 (F.4) Tøjningen i strain gaugens længderetning skrives som (F.5) Side 4

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Det antages at metaltråden i strain gaugen er en cirkulær tråd. Tværsnitsarealet bliver formindsket forudsat at længdetøjningen er positiv. Diameteren af metaltråden formindskes med 1 (F.6) Hvor ν er Poissons forhold for ledningsmaterialet. Arealændringen i forhold til oprindelige areal beskrives ved 4 4 4 4 1 4 4 2 (F.7) Ændringen i tværsnitsarealet kan forudsat små tøjninger skrives som 2 (F.8) Udtryk (F.7) indsættes i (F.4). 1 2 (F.9) Modstandsændringen i strain gaugen kan dermed skrives som en funktion at længdetøjningen ganget med en gauge faktor k. R R k (F.10) Hvor _ 12 Gauge faktoren k, angiver strain gaugens følsomhed. Faktoren kan bestemmes eksperimentelt, men opgives normalt af producenten. Nedenstående figur illustrerer dataetiketten for de anvendte enkelt strain gauges. Gauge faktoren er markeret med en sort cirkel. Side 5

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Figur 3: Dataetiket for enkelt strain gauge. Gauge faktor k=2,10 Der anvendes rosette gauges med en gauge faktoren på2,12. Modstanden gennem en strain gauges kan variere som følge af en temperatur ændring. Der anvendes temperaturkompenserende gauges der har samme temperaturudvidelseskoefficient som stålet. Forsøgene udføres over relativt kort tid, og strain gauges nulstilles inden forsøgsstart. Temperaturen betragtes derfor ikke som en potentiel fejlkilde. F 2. Wheatstonebroen For at måle den relative modstandsændring benyttes et signalkonditioneringskredsløb i form af en Wheatstonebro, se figur 4. Figur 4: Skitse af Wheatstone bro Wheatstonebroen er opbygget af fire modstande, der er parvist seriekoblede. Modstandene er af samme størrelse (120 Ω). Systemet opbygges af tre konstante modstande og en variabel modstand (strain gauge). I det følgende regnes der med at R 12 er erstattet af en strain gauge. Princippet i Wheatstonebroen er at påsætte en bro spænding, V e over punkterne 2 og 3. Strømmen vil forudsat at alle modstande er ens, fordele sig ligeligt gennem modstand R 13 og R 34. Er strømmen ens i punkterne 1 og 4 vil spændingensforskellen V 0 over punkterne være nul. Dette system kaldes afbalanceret. Ændres strain gaugens modstand vil strømmen i punkterne 1 og 4 være forskellige og der vil opstå en spændingsforskel mellem punkterne 1 og 4. Spændingen V 0 betegnes outputspændingen. Det betyder at der proportionalitet mellem modstandsændringen og outputspændingen. Sammenhæng beskrives med Wheatstonebroens generaliserede grundligning. Side 6

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil 1 _ 4 I henhold til formel (F.10) kan modstandsændringen skrives som R R k (F.11) (F.12) formel (F.12) indsættes i (F.11) _ 4 Erstattet én af modstandende wheatstonebroen med en strain gauge. (F.13) Der forekommer ingen modstandsændring i modstandene R 13, R 24 og R 34 og tøjningerne for disse bliver 0. Kendes k, V 0 og V e kan strain gaugens tøjning (ε 12 ) findes ved ε 12 4 k V0 V e_ (F.14) Dataloggeren påsætter en brospænding V e i Volt og registrerer spændingsændringen i mv. Det betyder outputsignalet registreres som Signal1000 V0 V e_ (F.15) Indsættes dette i (F.14) og ganges der med 1000 registreres tøjningen direkte i millistrain. ε 12 4 k signal 1000 1000 4 k (F.16) Faktoren 4 indtastes i loggerens opsætningsprogram. Det bemærkes at gauge faktoren k er forskellige for enkelt og rosette k gauge. F 3. Tøjningstransformation og rosette gauge teori Rosette gauges virker, som enkelt gauges, ved at måle tøjningen i trådens længderetning. En rosette gauge måler tre uafhængige tøjninger i det samme punkt, forudsat de er placeret i det samme punkt. Der anvendes i dette projekt rektangulære rosetter med en indbyrdes vinkel på 45 grader, se figur 5. Side 7

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Figur 5: Rosette placeret på toppen af referencebjælken. Rosetterne placeres på bjælken efter et referencekoordinatsystem tilsvarende det koordinatsystem der er anvendes til at modellere bjælken i ANSYS. Dette muliggør en direkte sammenligning mellem forsøgsresultater og en ANSYS model. Reference koordinatsystemet benævnes i det efterfølgende x y koordinatsystemet. I tilfælde af at en rosette er placeret skævt i forhold til x y koordinatsystemet transformeres tøjningen til x y koordinatsystemet. Koordinatsystmet der ligger i en vinkel θ til x y koordinatsystemet benævnes (x y ). Nedenstående figur illustrerer en rosette gauge drejet en vinkel i forhold til x y koordinatsystemet. Figur 6: Rosette gauge De af strain gaugen målte størrelser benævnes, og, og kan udtrykkes i form af tøjningskomposanterne, og. Der gælder følgende sammenhæng (F.17) Side 8

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil Hvor, 45,sin45, Der tages først udgangspunkt i udtrykket. cos sin,, sin 2 (F.18) Udtrykkene skrives ligeledes for og 45 45 2 sin 45 cos 45 (F.19) 2 (F.20) I tilfælde af at rosetten er placeret i x y systemet er 0 reduceres ligningssystemet til: 2 Tøjningerne i x y systemet kan optegnes i Mohr s Cirkel og hovedtøjningerne og kan findes. Mohr s Cirkel er illustreret på nedenstående figur. Figur 7: Mohr s Cirkel for en rektangulær rosette Side 9

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil I tilfælde af at 0 opstilles formel (F.18), (F.19), (F.20) på matixform. 2 45 45 2 sin 45 cos 45 2 Det første led til højre for lighedstegnet invertes. 2 45 45 2 sin 45 cos 45 2 Tøjningerne i punktet omregnes til spændinger ved at anvende Hookes lov for plan spændingstilstand. 1 0 1 1 0 0 0 1 (F.21) Side 10

Spændings og deformationsanalyse af perforeret RHS stålprofil F 4. Referenceliste Undervisnings notat til undervisningen eksperimentelle metoder Strain gages and instruments, Tech node TN 505 4, Vishay Micro Measurements Side 11