局部均布载荷作用下双凹槽简支板的承载特性

　　双凹槽简支板是常见的工程结构之一.研究该结构在局部均布载荷作用下的承载能力具有较大实用价值.

　　许多学者对复杂简支板结构的承载与振动特性进行了理论分析,如张英世等人分析了阶梯式矩形板的振动特性[1].但对于双凹槽简支板结构,由于其结构的复杂性,通过解析方法求出双凹槽简支板承载特性的精确解具有较大难度.作者借助于实验和数值计算,得到了双凹槽简支板在局部均布载荷作用下的极限承载能力.在双凹槽简支板上贴上应变片,加上电桥测量电路、运算放大器和数字存储记录仪等组成压力载荷的测量系统,在液压式压力机上进行加载实验,得到了双凹槽简支板的承载特性.应用DYNA有限元程序,对其承载特性进行了数值计算,并将实验结果与计算结果进行对比.

　　1　双凹槽简支板承载特性测试原理

　　1·1　双凹槽简支板结构

　　双凹槽简支板结构如图1所示.四边简支矩形薄板的边长分别为a和b,a和b分别沿x轴和y轴,板的厚度为h.

　　1·2　承载特性测试原理

　　为了得到双凹槽简支板承受载荷的信息,在双凹槽简支板上贴上应变片,加上电桥测量电路、运算放大器和数字存储记录仪等可组成压力载荷的测量系统.通过系统的输出,可以分析双凹槽简支板的承载特性.简支板把承载载荷线性地转换成应变模拟信号εmax,利用应变片又将应变εmax转换成电阻相对变化值.有在板中有一个电桥测量电路,如图2所示.此电桥测量电路和运算放大器OPA相接时可以输出承载载荷及其作用位置的模拟信号.

　　为了从理论上近似估算双凹槽简支板的极限承载特性,从安全的角度出发,式(1)中应变εmax可按薄板小挠度理论求出[2-4].在给定载荷条件和板的具体尺寸以后,估算出εmax的具体值,从而可以确定测量电路的具体参数.

　　对于如图2所示的测量电路,若电桥供电电压VB=24 V,又当桥路中只有一个应变片可以给出应变信号时,电桥最大输出电压ΔVmax=εmaxVB/2=11·4 mV,若运算放大器闭环增益G=100时,运算放大器最大输出电压Vout=1·14 V;当桥路中有2个对应臂上的应变片都可以给出应变信号时,电桥输出电压ΔVmax=εmaxVB=22·8 mV,运算放大器最大输出电压Vout=2·28 V.计算表明该测量电路基本参数的选择是合适的.

　　2　试验及其结果

　　2·1　压载试验

　　压载试验由以下配置组成:应变简支板;100 t液压式压力机;稳压电源及四位半数字万用表.为能产生一定区域内的均布荷载,试验前在简支板的正中放置一个0·4 m×0·1 m×0·1 m的传压垫块压力机的压力通过垫块加在简支板.开始加载后,按照如下步骤操作:步1　在简支板不受载荷时,记录简支板的输出电压V0.然后对简支板加载,分别加至2,5,8,10,12,15,17 t,….记录相应的输出电压,分析线性度.