动应变与加速度在机械系统动力学描述中的关联与比较

近年来,光纤光栅在结构健康监测以及机械故障诊断中得到了广泛的应用,其中光纤光栅主要是对应变进行测量.由于应变片和光纤光栅受限于采集设备的频率带宽,应变一直被认为是一个半静态量,所以动应变一直没有得到学术界和工业界足够的关注.人们是否能够以及如何利用动应变信号来描述动力学特性一直未能得到足够的探讨.但是据作者了解,应变率以及应变加速度的概念尚未得到阐释和定义以及应用.基于此,提出两个基本假设,第一,动应变可以像位移一样用于机械系统动力学描述;第二,动应变在时间尺度上可微分得到应变率和应变加速度.当我们同时获得了应变,应变率和应变加速度,我们可以将它们作为表征机械系统动力学特性的物理参量在时域中对动力学模型进行直接验证,从而提供了一种新的理论模型与试验数据的对比验证方式.给出应变,应变率,和应变加速度描述的动力学方程模型,同时给出信号在对时间进行微分和积分运算时其幅值和频率之间的理论关系,并在搭建的齿轮箱试验平台和液压管路试验平台上对比常用的数值积分方法和数值微分方法在合成信号时候的保真性能.试验结果表明光纤光栅动应变信号通过数值微分合成应变率和应变加速度时其频率成分和幅值均不会失真,然而加速度信号通过数值积分合成的速度和位移在频率成分和幅值上均出现了失真的现象.