在結(jié)構(gòu)的疲勞分析中，應(yīng)變分布可以幫助我們預(yù)測(cè)由于共振和載荷等影響而出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞的位置，也有助于識(shí)別載荷路徑和應(yīng)力應(yīng)變集中區(qū)域；此外通過實(shí)驗(yàn)獲取的全場(chǎng)應(yīng)變分布還可用于有限元模型的相關(guān)性評(píng)估和模型的更新優(yōu)化，提高模型的可靠性和準(zhǔn)確性，從而增強(qiáng)工程分析和設(shè)計(jì)的可信度；

　　目前廣泛使用應(yīng)變片來獲取結(jié)構(gòu)上指定位置的實(shí)驗(yàn)應(yīng)變數(shù)據(jù)，這種離散點(diǎn)的測(cè)量方式受粘貼位置和方向的影響，無(wú)法獲得準(zhǔn)確的全場(chǎng)應(yīng)變分布；安泰電子電壓放大器作為一種可以實(shí)現(xiàn)交直流信號(hào)完美放大輸出的測(cè)試儀器，配合光學(xué)非接觸式振動(dòng)測(cè)量設(shè)備全場(chǎng)三維掃描式激光測(cè)振儀能夠以高分辨、寬頻率及低噪聲的方式獲取被測(cè)物體表面的三維位移；結(jié)合位移-應(yīng)變后處理算法，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率動(dòng)態(tài)表面應(yīng)變和應(yīng)力的準(zhǔn)確評(píng)估。

　　1、3D位移測(cè)量如下：

　　圖1初始曲面建模

　　圖23D-SLDV速度分解

　　3D-SLDV使用三個(gè)激光頭來測(cè)量每個(gè)激光束方向上的瞬時(shí)振動(dòng)速度，相應(yīng)的位移可以很方便地由速度計(jì)算出來；將沿著激光束方向測(cè)量的三個(gè)位移通過正交分解即可轉(zhuǎn)換至統(tǒng)一的全局坐標(biāo)系中，通過自動(dòng)掃描就可以得到曲面上所有測(cè)點(diǎn)的三維位移數(shù)據(jù)；對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分析，可以獲取時(shí)域和頻域下的位移ODS，得到測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)3D位移數(shù)據(jù)。

　　圖3測(cè)點(diǎn)發(fā)生位移后的曲面

　　2、曲面應(yīng)變測(cè)量

　　圖4三角網(wǎng)格化建模

　　當(dāng)測(cè)得所有測(cè)點(diǎn)的3維位移后，即可通過位移場(chǎng)計(jì)算應(yīng)變場(chǎng)；對(duì)于圖4中的每個(gè)三角形單元，可以通過坐標(biāo)變換得到每個(gè)單元各節(jié)點(diǎn)的局部坐標(biāo)和位移分量；

　　如圖5所示，編號(hào)1,2,3為各節(jié)點(diǎn)的逆時(shí)針編號(hào)，u，v為各節(jié)點(diǎn)的軸向位移分量。

　　圖5單個(gè)3節(jié)點(diǎn)三角形單元的局部分量

　　單元應(yīng)變可通過位移-應(yīng)變公式得到：

　　ε是單元應(yīng)變張量，B為應(yīng)變轉(zhuǎn)換矩陣，U為各節(jié)點(diǎn)位移分量矩陣；

　　對(duì)所有單元執(zhí)行上述單個(gè)三角單元的應(yīng)變計(jì)算，然后轉(zhuǎn)換至全局坐標(biāo)，即可得到曲面上的全場(chǎng)應(yīng)變分量；對(duì)所有動(dòng)態(tài)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行位移-應(yīng)變轉(zhuǎn)換后，即可得到時(shí)域和頻域下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變分布。

　　3、應(yīng)變測(cè)量結(jié)果

　　圖6全場(chǎng)等效應(yīng)變

　　得到全場(chǎng)各單元的應(yīng)變分量后，可通過馮-米塞斯準(zhǔn)則，計(jì)算等效應(yīng)變。通過分析等效應(yīng)變圖便可直觀地量化分析應(yīng)變分布情況，找出結(jié)構(gòu)中應(yīng)變分布集中區(qū)域，用于優(yōu)化更新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　實(shí)驗(yàn)用ATA-2022B高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~1MHz

　　電壓：200Vp-p（±100Vp）

　　電流：500mAp

　　功率：50Wp

　　壓擺率：≥445V/us

　　通道：雙通道

　　應(yīng)用展望

　　通過使用掃描激光測(cè)振儀對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，確定不同頻率下結(jié)構(gòu)的全場(chǎng)位移和應(yīng)變，可以確定結(jié)構(gòu)中應(yīng)變和應(yīng)力最大的區(qū)域，在結(jié)構(gòu)和可靠性分析中可以更好地評(píng)估結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及理解實(shí)際工作時(shí)的失效機(jī)制，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員具有重要的價(jià)值和效益。

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