瞬态热载荷下电阻应变片热输出的有限元仿真研究

【摘要】：电阻应变片在工程测试技术中广泛运用，温度是影响电阻应变计测试精度的重要因素。本文系统地阐述了非常温下应变片测量原理、温度补偿以及测量流程等；针对温度对应变片测试系统的影响，运用有限元的方法对应变片的热输出进行仿真研究；就被测物件材料属性对热输出的影响因素进行了深入的分析。温度对测试系统精度的影响与被测材料的属性有关，应变片材料的杨氏模量、热膨胀系数和电阻温度系数是影响应变片测试系统热输出的主要因素。 运用ANSYS Workbench中稳态热模块和稳态结构模块对WK-05-125BK-10C应变计由线膨胀系数差异产生的应变测量误差进行求解；结合卡玛合金在不同温度下对电阻温度系数的影响，导出该应变片的热输出。将有限元计算结果与外文数据对比验证，在稳态非常温情况下测量系统的应变误差与仿真数据结果吻合较好,证明运用有限元计算方法对应变片的热输出进行模拟仿真是可行的。在瞬态非常温情况下进行仿真运算，需要在瞬态热模块和瞬态结构模块中进行，通过设置不同的温升速率和边界条件对不同测量环境仿真。在稳态非常温情况下仿真结果与试验数据差别极小（相对误差10-6）。当温升速率在5～40oF/sec之间时，应变片的瞬态热输出较为平稳；达到或超过80oF/sec时，瞬态热输出的值增长比较剧烈。研究表明：热输出的有限元计算结果与实验结果吻合较好。将仿真技术应用到应变片测试系统温度影响分析中，具有广泛的应用前景，研究结果为指导应变片测试系统的改进、优化和误差修正提供了依据。