1、畢業設計(論文)螺栓組受力試驗臺機構設計及仿真MECHANISM DESIGN AND SIMULATION OF BOLT SET THE FORCE TEST RIG 學生姓名 陶文學院名稱 機電學院學號 20110608327班級 11機制（3）專業名稱機械設計制造及其自動化指導教師 陳鳳騰2015年 5月 24日工程學院學位論文原創性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意

2、識到本聲明的法律結果由本人承擔。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學院學位論文版權協議書本人完全了解徐州工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產權歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數據庫進行發布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要多功能螺栓組試驗臺是驗證螺栓組

3、性能并對其進行分析的實驗臺，利用杠桿原理增加螺栓拉力并進行驗證分析。Labview軟件是美國NI公司開發，應用最廣泛的圖形化編程軟件之一。它是一種真正意義上的圖形化編程語言，采用工程技術人員所熟悉的術語和圖形化符號代替常規的文本語言編輯，具有界面友好、操作方便、開發周期短等特點，廣泛應用于各個行業的仿真、數據采集、儀器控制、測量分析和數據顯示等方面。本畢業設計旨在對螺栓組受力試驗臺的螺栓連接靜、動態參數例如螺栓組直徑、受載及電阻應變片的信號以及傳感器的信號等進行采集、處理，進行結構設計并利用虛擬儀器和LabVIEW對受力信號進行分析處理，驗證螺栓組受力和虛擬儀器的信號分析能力，手工繪制和計算機

4、繪制螺栓連接的力變形曲線。關鍵字 螺栓組；試驗臺；虛擬儀器；Labview Abstract Multifunction bolt set test rig is to verify the performance of the bolt group and its bench analysis, the use of leverage to increase the bolt tension and confirmatory analysis.NI Labview software is developed by one of America's most widely used g

5、raphical programming software. It is a graphical programming language a real sense, the use of engineering and technical staff are familiar with the terminology and graphical symbols instead of regular text language editor, with user-friendly, easy to operate, short development cycle, which is widel

6、y used in various industries simulation, data acquisition, instrument control, measurement analysis and data display and so on.This graduation designed to bolt for bolt groups stress test rig is connected static and dynamic parameters such as the diameter of the bolt group, under load and resistance

7、 strain gauge sensor signals and signals, etc. collection, processing, structural design and the use of virtual instruments and LabVIEW for the force signal analysis and processing, signal analysis capability to verify the bolt group by force and virtual instruments, hand-drawn and computer drawing

8、strength bolting - deformation curve.Keywords bolt group test-bed virtual instrument Labview 目 錄1.緒論11.1多功能螺栓組連接試驗臺概論11.2虛擬螺栓組連接實驗臺簡介1實驗內容和功能11.3螺栓組試驗臺概述3螺栓組連接試驗臺結構簡介31.4實驗技術路線圖42螺栓組連接結構設計和受力分析52.1螺栓組連接概述5螺栓組連接形式5螺栓組連接試驗臺工作原理63.實驗臺系統設計參數分析83.1設計要求83.2 課題的主要參數8試驗臺主要技術參數8螺栓的基本參數8螺栓的受力分析94螺栓組中螺栓的受力與應變的

9、計算114.1 工作負載變化時受力最大螺栓的負載應變變化計算114.1.1 計算螺栓組所受的工作負載12計算單個螺栓所受的最大工作拉力12螺栓所受的總拉力及應變13負載變化時螺栓的力與應變135.虛擬儀器155.1虛擬儀器概念155.2虛擬儀器優點155.3 Labview165.3.1 Labview概念165.3.2 Labview特點166.虛擬信號的采集176.1數據采集概念176.2數據采集過程18數據采集硬件18硬件安裝與配置18添加CompactRIO系統到Labview項目中196.2.4 數據采集197.虛擬信號的處理與分析227.1濾波22算術平均濾波法原理及準備工作22設

10、置For循環22添加其余組件23整體完善247.2放大257.3數據分析概述257.4信號的時域分析25相關性分析26卷積分析26幅值及電平分析27諧波失真分析277.5信號的頻域分析27傅立葉變換28譜分析29拉普拉斯變換分析298.信號顯示與仿真篇308.1數據的顯示30創建波形圖30設置波形圖的屬性318.2信號仿真328.3系統總程序框圖的設置及其仿真圖的生成32結論34致謝35參考文獻361.緒論1.1多功能螺栓組連接試驗臺概論在生產生活中，從制造、安裝、運輸以及提高勞動率等方面來說，采取常見的連接方式有螺紋連接、鍵連接及銷連接，其中尤以螺紋組連接應用最廣。因為螺栓連接應用最廣，而L

11、abview在這幾年中發展越來越快，逐漸變成一個趨勢，所以在把螺栓組試驗臺與Labview結合起來一起研究，完成本次畢業設計。螺紋組的連接主要有兩個作用：緊固與傳動。因此在設計螺栓組連接方式時就要針對各個目的提出各種針對性的要求。綜合各種連接的設計要求，設計了這個“多功能螺栓組受力實驗臺”，不僅使加載方式多樣化，實驗的測試方式也變得多樣化起來。同時，通過改變該實驗臺螺栓組的個數和排列的方式、螺栓的材料，負載的加載方式，才彌補了物理實驗臺的缺點，才真正上實現“多功能”。多功能螺栓組試驗臺除了能做螺栓組連接實驗（測定螺栓組的負載分布）外，還可以做齒根彎曲應力的測定、梁的應力測定和電阻應變片靈敏系數

12、測定等實驗。1.2虛擬螺栓組連接實驗臺簡介1.2.1實驗內容和功能虛擬螺栓組連接實驗臺的開發基礎是物理實驗臺的基本原理，因此，必須保證虛擬螺栓組連接實驗臺與現實中的實驗臺的試驗過程相同或相似。現實中的實驗臺的試驗過程是當改變螺栓組的排列方式和負載時，要確定螺栓組受力的最大值，并分析其受力形變關系，并繪制它的受力形變關系圖。根據實驗內容的要求，實驗臺應具備如下的功能：（1）螺栓組排列方式：組成排列形式各不相同的螺栓組，并且便于修改和 變更螺栓組實驗臺中螺栓的材料、尺寸等數據。試驗臺中螺栓的排列方式如圖1.1所示。圖 1.1 螺栓的排列方式（2）裝載部件：對螺栓組施加各種不同的負載，或用各種不同的

13、負載共同作用在螺栓組上。施加負載的具體過程如圖1.2所示。平移螺釘，轉動手柄，從而改變負載。此時可以獨立施加的負載有A、B、C3種不同的負載情況。左邊的液壓缸連接著負載的頂端，使其左右平移，施加了負載D。A、B、C、D就是施加在螺栓組上的4種不同負載。圖1.2 施加負載的過程（3） 實驗結果處理部件：當分析了螺栓的排列方式和施加負載的情況之后，確定了螺栓的負載情況，確定受到負載最大的螺栓和它的負載大小，并繪制這個螺栓的受力形變圖。為了完成各種功能，物理實驗臺要合理設計物體的結構。但是為了提高實驗臺的可靠性，同時也為了使實驗內容多元化，以及使實驗臺具備很多功能，設計出的物理實驗臺肯定會因此具有復

14、雜的結構，操作也肯定會很繁瑣。為了驗證畢業設計的內容，就想到將實驗過程在計算機中模擬出來，利用計算機技術將其虛擬化，借此完成實驗內容。這是一種方便并且實用的解決方案。1.3螺栓組試驗臺概述螺栓組連接試驗臺結構簡介螺栓組連接試驗臺的結構如圖1.3所示。圖中1所示為托架，在實際使用過程中中大多數情況下為水平放置，但是為了避免由于自重所產生的力矩的影響，在這里將它設置為垂直放置。托架以一組螺栓3連接于支架2上。隨著螺栓組中的螺栓所受負載的變化，圖中8所示的電阻應變片也會隨之變化，用電阻應變儀來測量這個變化量。在螺栓的兩邊各設置一個電阻應變片，將它們的輸出端口串聯。引線由孔7中接出。1.4實驗技術路線

15、圖虛擬儀器和Labview概述明確本次畢業設計的設計內容和要求采集實驗數據數據處理螺栓組中螺栓的受力與應變的計算數據分析 信號顯示與仿真得出結論 2螺栓組連接結構設計和受力分析必須要熟悉螺紋的連接性質，明確本次畢業設計的目的，只有這樣，才能完成本次畢業設計。當在實驗過程中碰上各種問題時，才能改進該螺栓組實驗臺以滿足實驗的要求。 本章主要講解了螺栓組結構，以及如何實現其功能等內容。具體內容如下：螺栓組連接的結構設計和受力分析；螺栓組加載系統的結構設計。2.1螺栓組連接概述很多螺栓連接件都是成對使用的，其中以螺栓組連接的方式是最典型的。螺栓組和被連接件是螺栓組連接的主要結構。下面就是對螺栓組連接的

16、設計以及計算。本次畢業設計的螺栓組連接的設計過程包括以下兩個方面：（1）結構設計選定螺栓組的數量和排列方式;（2）受力分析根據螺栓連接的結構以及負載情況，求出螺栓組中螺栓受力的大小，并畫出它的力形變關系圖。2.1.1螺栓組連接形式合理的安排接合面的幾何形狀以及螺栓的排列方式，這是進行螺栓組連接結構設計的主要目的。為了使螺栓與連接接觸面受力均勻，使加工以及裝配過程更加方便。在設計時應該考慮下面幾個問題：（1）一般情況下，將接觸面的幾何形狀設計成簡單的軸對稱圖形。如圓環狀、橢圓狀、三角狀等形狀，這樣不僅使加工及裝配過程更加方便，也使得螺栓組的對稱中心和接觸面的中心重合，保證接觸面處的受力相對均勻。

17、（2）螺栓的排列方式必須讓所有螺栓受到的負載合理分配，當螺栓連接受到負載時，應該使螺栓盡量靠近連接觸面的邊沿，以減小螺栓的受到的負載。（3）分布的螺栓之間應該有合理的距離。螺栓在排列時，應根據扳手需要的運動空間來決定所有螺栓中軸線間以及螺栓軸線和機體壁間的最小距離，。（4）螺栓的數量應設計成容易度量的數量，這樣在圓周上鉆孔的時候進行度量和畫線就很方便了。同一個螺栓組里面的螺栓材質、大小和長度都應該一樣。（5）螺栓和螺母的底部應該平滑整齊，并且垂直于螺栓的中軸線，防止產生偏心負載。為此，可以把被連接件的支撐面設計成凸凹狀。當支撐面是傾斜的時候，可以使用斜面墊圈等方式。綜合考慮以上幾個方面，確定了

18、本螺栓組實驗臺的排列形式，如圖2.1所示：螺栓組連接試驗臺工作原理當實驗開始時，螺栓組受到一個橫向的力矩，該力矩的作用則使托架產生翻轉趨勢，使得各個螺栓受到外力不一樣大。根據螺栓的形變狀態條件，所有螺栓受到的拉力F與螺栓中心線到托架底面中線的距離L成正比。見式（1.1）。式中，F1，F2因為托架受到力矩的影響而使螺栓受到的力（N）； L1，L2從托架中線到與其對應的螺栓中線之間的距離（mm）；本試驗臺中第2、4、7、9號螺栓下標為1；第1、5、6、10號螺栓下標為2；第3、8號螺栓與托架中心線之間的距離為零，既L=0。根據靜力平衡條件得：見式（1.2），（1.3）。式（1.2）式中，Q托架受到

19、的力（N）； h0托架受力點到接合面的距離（mm）。本實驗中取Q=3500N；h0=210mm；L1=30 mm；L2=60 mm。則第2、4、7、9號螺栓的工作負載為：見式（1.4） 3.實驗臺系統設計參數分析3.1設計要求本次畢業設計要求利用螺栓組受力試驗臺對螺栓連接的靜、動態參數進行采集和處理，利用虛擬儀器和LabVIEW對受力信號進行分析，驗證螺栓組受力和虛擬儀器的信號分析能力。并利用計算機繪制螺栓連接的力變形曲線。3.2課題的主要參數試驗臺主要技術參數試驗臺主要技術參數如下：1、試驗螺栓電阻應變片阻值R=350；2、靜態應變儀誤差范圍：±0.3%；3、聯接螺栓工作直徑d=6

20、.00mm；4、傳感器精度：±0.2。螺栓的基本參數1.螺栓材料的選擇常用的螺栓材料有Q215、2Q35、35和45號鋼，本此畢業設計中螺栓無特殊用途，根據工作條件，選擇常用材料45號鋼。查機械設計手冊得其力學性能為： 2.確定螺栓的許用應力設計中取螺栓的直徑為：d=10mm選取螺栓數目為：14對鋼質螺栓的應力為：見式（3.1） 式（3.1）式中：螺栓連接的許用應力，MPa； s螺栓材料的屈服極限，MPa； S 安全系數， S=1.2 1.7，在這取S=1.5。 螺栓的受力分析本次畢業設計中，螺栓組受橫向負載和傾覆力矩的影響，這樣一般采用受拉螺栓連接的方式。當底板上只裝有4個螺栓時，

21、系統受到的拉力最大，螺栓受工作負載FR。在工作負載FR的作用下，螺栓組受橫向力和翻轉力矩：橫向力：FR 翻轉力矩：M=：FR*185為了不讓被連接件之間產生相對滑動運動，則有： 或 式（3.2）式中： z螺栓數目； F接觸面間的摩擦系數，f=0.06 0.10，取 f=0.1； M接觸面對數； Kf摩擦力傳遞負載時的系數，一般取 1.2； F施加負載后螺栓所受到的預緊力；1. 受橫向負載時螺栓預緊力的計算 當擰緊螺母時，螺栓螺紋部分不僅受預緊力F所產生的拉應力作用，同時還受螺栓與螺母之間扭矩應力的作用。根據第四強度理論及對大量螺栓預緊力的分析知道，其復合應力ca的計算只需要將拉伸應力加大30%

22、，其強度條件為： 即： 則有： 式（3.3）2. 螺栓組工作負載FR的計算如上所述：即： 式（3.4） 則最大工作負載： 式（3.5）3. 傾覆力矩的計算底部面板是剛體，繞對稱軸線有翻轉的趨勢，則力矩： 式（3.6）在此力矩的作用下，對稱軸線上的螺栓被拉緊，螺栓軸向力增大; 下邊的螺栓被松開，使螺栓的預緊力減小。 4. 單個螺栓所受的工作拉力受力最大的螺栓的拉力為： 式（3.7）螺栓所受的總工作拉力為： 式（3.8） 4螺栓組中螺栓的受力與應變的計算本次畢業設計中的螺栓組，是受到橫向負載、翻轉力矩的作用，這樣的連接采用的是受拉螺栓連接。螺栓除了可能被拉斷外，還會有支架沿接觸面滑動的情況發生，并

23、且在負載的作用下，接觸面的上沿可能產生縫隙。當螺栓擰緊后，在接觸面間就產生了摩擦力，橫向負載就是借助這些摩擦力來傳遞的。在設計時，一般要避免連接的接觸面滑動這種情況發生。而根據螺栓的形變條件，在翻轉力矩的作用下各螺栓會產生拉伸變形，這個拉伸變形量是和它的中軸線到螺栓組對稱軸線之間的距離成正比。4.1 工作負載變化時受力最大螺栓的負載應變變化計算對于如圖（4.1）的連接形式：圖4.1 螺栓的連接形式（主視圖）如圖（4.2）所示，當只有4個螺栓時（分別為螺栓1、7、8、14），在工作負載的作用下，螺栓組承受如下各力和翻轉力矩作用：橫向力、翻轉力矩， 圖4.2螺栓的連接形式（左視圖）本節中，將計算當

24、工作負載變化時，受力最大的螺栓7、8的總拉力和應變變化值。4.1.1 計算螺栓組所受的工作負載 當工作負載為1000N時，即橫向力FR =1000N時，預緊力F如前章所計算的 N力矩：計算單個螺栓所受的最大工作拉力由M引起的螺栓最大拉力為： 式（4.1） 式中： FiM由M引起第i個螺栓受的拉力（N）； Li 對稱軸線到第i個螺栓的距離（mm）。螺栓所受的總拉力及應變式（4.2） 式中： Fi第i個螺栓受的總拉力（N）； 查表得：C1/C1+C2=0.2。 總拉力產生的應變為： 式（4.3） 式中：i 第i個螺栓的應變； E 螺栓材料的彈性模量，E=200*109MPa； A 螺栓的橫截面面積

25、，mm2。負載變化時螺栓的力與應變當負載在04850N之間變化時，螺栓7、8所受的總拉力和應變計算步驟如上所述，可計算的總拉力及應變如下表（4-1）。表4-3工作負載變化時螺栓的力與應變外載荷力F(N)應變（10-4）500100015002000250030003500400045004850F145511461014670147291478814848149071496615026150659.269.39.349.389.429.469.59.539.579.6力應變線圖為： （10-4） 外載荷圖4.4工作負載變化時螺栓的力應變線型圖5.虛擬儀器5.1虛擬儀器概念5.2虛擬儀器優點（1

26、） 可操作性強。用戶可以自定義虛擬儀器的面板，對于不同的使用目的可以設計不同的操作顯示界面，是其可操作性大大加強。圖5.1虛擬儀器的構成部件5.3 Labview5.3.1 Labview概念LabVIEW由美國NI公司研發的是一種程序開發環境，但不同的是，LabVIEW是一種圖形化的編程語言。 LabVIEW軟件是研制測量或者是控制系統的首要選擇。 LabVIEW的開發環境幾乎集中了工程師和科學家們快速建構各種應用所需要的所有工具，其目的是幫助工程師和科學家們在解決問題時更加方便，提高科學生產力。 5.3.2 Labview特點 Labview使用圖形化的儀器編程環境，內置程序編譯器，運行速

27、度快。同時它還配備了龐大的數據庫，從基本的功能函數到高級分析庫，幾乎涵蓋了儀器設計中需要的所有函數及驅動程序。 圖5.2Labview工具模板 圖5.3Labview的控制模板6.虛擬信號的采集本次畢業設計的主要內容是利用螺栓組受力試驗臺對螺栓連接靜、動態參數進行采集、處理，利用虛擬儀器和LabVIEW對受力信號進行分析，驗證螺栓組受力和虛擬儀器的信號分析能力并繪制螺栓連接的力形變曲線。所以，在開始本次畢業設計之后，要做的第一步就是數據采集，將螺栓組試驗臺的數字信號采集出來。本節詳細介紹了螺栓組試驗臺的數據采集部分，包括硬件選擇，端口設置等。6.1數據采集概念 數據采集就是將數據從被測點用各類

28、方法導出和傳輸的一個過程。它為后面的處理工作提供數據來源。經常要在數據采集之前設置傳感器和信號，這涉及到信號的收集、數字化以及存儲等內容。數據采集系統從一般的結構上講，由5部分組成 ：（1）傳感器傳感器是能感受到螺栓組試驗臺的信息，將其變換成為電信號或其他形式的信號。經常用到的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等。（2）信號 信號是整個數據采集系統中的傳輸介質，不同的信號有不同的處理方式，通常包括數字信號和模擬量信號兩種。（3）信號調理信號調理通俗的來講就是對信號的進行處理，因為信號在轉化過程中因為信號本身不清楚或傳輸過程中的丟失等原因，需要對信號進行還原或相應的處理。

29、（4）數據采集硬件數據采集硬件是將模擬量到數字量的轉化裝置，也是連接計算機和外面器件的接口，其功能就是把調理后的信號合并成一組量。（5）驅動程序和應用軟件驅動程序和應用軟件是為了配合硬件工作而裝載的一種軟件工具。為了運行Labview，必須安裝一些操作驅動。圖6.1數據采集系統結構6.2數據采集過程數據采集硬件硬件安裝與配置添加CompactRIO系統到Labview項目中在Labview開始窗口中新建一個項目，點擊啟動界面左側向導框內的“新建VI”選項，則新建了一個空白項目，為該項目命名并保存。在項目名稱出點擊右鍵選擇“新建”“目標和設備”，這時會自動彈出一個窗口，拓展打開6.2.4 數據采

30、集首先，確定了需要導入的螺栓組試驗臺的數據，本次實驗的螺栓組實驗臺的型號是Lsc-II型，所以主要需要導入實驗臺中電阻應變片及其受力情況的靜動態參數，所以需要一個靜態應變儀和電流傳感器，這些都可以裝配在NI 就開始進入數據采集環節了。首先，在前面板中左鍵單擊“窗口”“顯示程序框圖”，打開了一個與前面板相對應的程序框圖，稱之為后面板，后面板主要是用來對前面板控件中的接線端口以及一些僅在后臺運行的連線、函數和結構等進行設置。接下來，點擊后面板中的“查看”命令按鈕，在彈出的對話框中左鍵單擊選擇“函數”，在彈出的下拉列表中中左鍵單擊“互接接口”“輸入設備控制”“輸入數據采集”，在彈出的對話框中左鍵單擊

31、確定，電腦既自動通過NI CompactRIO開始采集螺栓組受力試驗臺Lsc-II中關于螺栓組電流的數據參數。圖6.4數據采集程序圖7.虛擬信號的處理與分析CompactRIO中提供了電壓源和電流源，已經為螺栓組受力試驗臺的電阻應變片提供了所需的激勵信號，所以不在需要對數據進行激勵處理，本章主要討論的是對采集到的原始信號進行濾波、放大和線性化的操作。7.1濾波算術平均濾波法原理及準備工作設置For循環添加其余組件整體完善7.2放大7.3數據分析概述在在Labview中，數據處理、實時分析和高速浮點運算已經變得越來越重要。采集到的任何信號，在傳輸到PC里后，都要對信號進行分析，為接下來的實驗打好

32、基礎。數據分析有以下幾個特性：（1）通過時間和頻率函數，可以精確地測量和限制數據的幅值。頻譜使用一半的取樣頻率，采用單邊的方式進行計算，不會出現負頻率。（2）輸出量中包含了長度、大小等物理量，刻度標注靈活，可以直接顯示或調用數據。（3）數據的輸入值被設定為實數。（4）所有的數據可以在程序之間方便地傳輸。7.4信號的時域分析 Labview中有多種信號分析方法，最重要的方法是將數據進行時域到頻域的轉換。下面，將為大家詳細地介紹這兩種方法。信號的時域分析是指對信號的時域數據進行測量和計算，具體來說，就是在不同時間段下對信號進行變換、縮放、微分、積分等各種分析運算，從而提取出對研究和實驗有用的信號的

33、時域特征。時域分析一般就是分析原始信號的第一步，信號的時域特征往往也為其他分析方法提供了重要參考，奠定了信號分析的基礎。相關性分析 卷積分析卷積運算是對信號進行時域分析的最有有效的一種方法。其數學表達式如下所示。 式（7.3）這個表達式也可以簡寫為：卷積的編程不是很難，只需要按照要求把任意量和脈沖對應接入就行了，再此不多做敘述。幅值及電平分析幅值及電平分析反映了波形數組的幅值、高、低兩種狀態的電平。數據輸入接口的功能如下所示：幅值和電平分析主要是對一個信號量進行量化操作，得出各類數據。先產生一個信號，再用幅值和電平函數處理后得到各相關量。諧波失真分析諧波失真分析就是對輸入的信號進行諧波分析，這

34、里面包括測量基頻和諧波，并將基頻和所有諧波的幅值電平返回。其端口功能如下所示：7.5信號的頻域分析信號的頻域分析是指對信號的頻域數據進行測量和計算。一些從時域上無法解決的問題，往往從時域上無法解決的問題，往往通過頻域分析就可以有效的解決。下面，就詳細講解一下頻域分析中經常性使用到的幾種方法。傅立葉變換傅立葉變換能夠對數據進行變換并且對其進行各種計算的一種非常有用的數學分析方法。傅立葉變換有兩種表現形式，離散傅立葉變換和快速傅立葉變換。當采樣量較大時，離散傅立葉變換計算起來相當麻煩，所以在這里選擇第二中變換方法快速傅立葉變換。快速傅立葉變換可以分為實數、負數、二維實數和二維復數這幾種變換。以下是

35、進行快速傅立葉變換的具體方法：（1）在后面板的菜單欄中，點擊“查看”“函數選板”命令按鈕，這時出現一個“函數”選板。（2）左鍵單擊“函數”“信號處理”“信號運算”“變換”“FFT”命令，這時，一個快速傅立葉變換函數就創建完成了。（3）為了調節同期和幅值以及顯示出波形，這時需要產生一個正弦波形。（4）由于單一的波形濾波效果不是特別明顯，所以這時要用同樣的波形通過復合運算添加一些毛刺。這樣，原始波形就會變得不規則，FFT的濾波效果就會顯得比較明顯。（5）對原始波形進行FFT變換。將原始數據與先前創建的FFT函數的數據端口相連接，并對數組進行變化，這樣是為了以后對數據波形進行變換，使其更加直觀地顯示

36、出來。（6）在FFT變換結束后，對數據進行相除操作，接著對復數進行“復數至極坐標轉換”。這樣，就可以更加直觀地看到變換結果。圖7.4正弦信號的程序設計譜分析譜分析就是在頻譜上對數組進行分析，使波形更直觀地表現出來。其中最常見的分析方式是功率譜的分析和應用。功率譜分析包含了許多函數，下面對包含的一個函數進行詳解，其它函數原理相差不大。自功率譜的公式如下所示： 式（7.4）其中，n是信號中點的個數，*表示復共軛。進行譜分析的具體方法如下：（1） 為了顯示出自功率譜，必須先產生一個連續的波形。這里使用“基本函數發生器”產生幾種可調波形，并設置好頻率、幅值等后顯示。（2） 接著對產生的波形進行自功率譜

37、變換，得到最后的圖形。拉普拉斯變換分析拉普拉斯變換分析常用在工程數學中，它對于把信號從時域上轉換為復頻域非常有效。實數信號的實數拉普拉斯變換定義為： 式（7.5）其中，S是大于等于0的實數。在對離散的采樣信號進行離散拉普拉斯變換時，要對上述運算法則進行連續變換。比如說時間信號隨著時間迅速增加，則拉普拉斯變換的定義無效。由于離散拉普拉斯變換并不能完全檢測出原定義的收斂，并且其計算代價高昂，所以有效使用離散拉普拉斯變換的策略是以快速傅立葉變換為基礎。編寫拉普拉斯變換的程序與編寫自功率譜變換的程序一樣，只是在對程序的信號變換時才使用拉普拉斯變換函數。8.信號顯示與仿真篇在上面兩章的內容中，主要討論了

38、對收集到的信號進行處理以及分析的操作。通過NI CompacRIO采集到的螺栓組受力實驗臺的電阻應變片的原始數據不能滿足實驗需要，所以在數據采集出來后對數據進行一定的處理，主要是濾波和放大。處理完這些原始信號后，要對數據進行分析，主要是時域分析和頻域分析。當對這些數據進行分析過后，就進如本章的主要內容：數據的顯示和仿真。8.1數據的顯示數據的顯示就是把經過計算機處理和分析的數據以其他的形式反映出來。主要有數值、布爾、圖形及文本等顯示形式。這里采用圖形顯示的方法。圖形顯示就是所有與圖有關的數據、形狀、圖表等的顯示，主要用于顯示各類數據的分析結果和動態內容。圖形顯示的關鍵是對信號的處理及顯示圖形的

39、布局技巧。創建波形圖Labview中自帶了許多圖形顯示控件，包括波形圖、強度圖、混合信號圖、XY圖和三維圖等。在本次試驗中，需要的是波形圖顯示控件，所以首先需要創建一個波形圖。在前面板中左鍵單擊“查看”“控件”“新式”“圖形”命令，這時候彈出一個圖形下拉列表，列表中有許多圖形顯示控件。接下來，左鍵單擊選擇“波形圖”控件，將它拖到前面板中，這樣一個波形圖顯示控件就創建完成了。創建完波形圖控件后，還要將波形圖控件放入循環結構內并進行相應的操作來設置波形圖控件的外觀和顯示的內容。為了實現此項目的，需要將前面為了分析數據而創建的基本函數發生器的“信號輸出”端口連接到波形圖控件的“信號輸入”端口。圖8.

40、1控件選板設置波形圖的屬性波形圖的屬性對話框設置是本章的關鍵性操作，它同時也是波形圖中唯一可以變更的項目。可以在波形圖的屬性設置中改變一些顯示項目和功能。將按照下面的步驟，自定義波形圖顯示控件的外觀。(1)在前面板上，將光標移動到波形圖圖例的頂端。這時波形圖上僅顯示出一條曲線，實際上還有一條曲線，顯示出來的是原始信號波形圖曲線，未顯示出來的是縮放信號波形圖曲線。(2)當光標變成雙箭頭時，左鍵單擊圖例邊框并將其往旁邊拖動，使第二條曲線在圖例上顯示出來。這時，松開鼠標，出現第二條曲線的名稱。(3)右擊波形圖，在下拉菜單中左鍵單擊“屬性”按鈕，彈出“波形圖屬性”框圖。(4)在“曲線”命令按鈕上右鍵單

41、擊，這時會彈出一個“曲線”屬性快捷菜單。左鍵單擊“常用曲線”列表，在列表中選擇“鋸齒波”等各類顯示波形。在“顏色”選項中可以直接選擇自己需要的顏色。在“線條樣式”文本框中可以選擇線條的顯示樣式。(5)在“常用曲線”下拉列表中左鍵單擊選擇“鋸齒波”，勾選“忽略波形或動態屬性”命令按鈕，包括曲線名稱復選框。(6)在名為“名稱”的文本框中刪除當前標簽，并將曲線名稱更換為縮放鋸齒波。(7)接下來要改變圖形的其他一些屬性。例如，在標尺選項卡上將“自動調整標尺”這一選項禁用，并改變Y軸數值的最大值和最小值。(8)左鍵單擊右下角的“確定”按鈕，保存當前對波形圖屬性和外觀的修改并關閉波形圖屬性對話框。這時發現

42、，前面板中曲線的顏色和圖例樣式已經改變了。8.2信號仿真信號的仿真就是在Labview中產生一個波形，并對某一信號進行擬合或信號大小的比較。虛擬函數信號發生器軟件的核心是波形發生器。可以通過調用其中的函數來產生正弦波、方波、鋸齒波、三角波等波形。在這次實驗中，波形周期是1000點，使用For循環確定x的取值。每當運行一次For循環，就可以得到一個周期的波形的數據。然后使用While循環，重復執行該程序，就可以一直得到正弦波形。其它幾種波形的生成原理和正弦波發生器類似。使用軟件生成波形的最大的優點的就是極大地降低了器械的使用成本，并且使得器械體積更小，智能化程度更高。圖8.2正弦信號波形圖8.3

43、系統總程序框圖的設置及其仿真圖的生成該主程序主要分為下面三個模塊。(1)信號的選擇模塊在程序框圖中選擇八個數字輸入控件分別輸入“正弦波”“三角波”“方波”“鋸齒波”以及通道2所對應的數字，然后在調出兩個布爾數值轉換控件，兩個轉換成無符號的雙字節整形控件，兩個數據輸出控件作為兩個寄存器，兩個創建數組控件和若干個case結構。然后利用case條件結構的分支創建兩個通道，每個通道都能實現四種波形的選擇，分別把數據讀入到寄存器當中，使寄存器的“0”“1”“2”“3”分別對應“正弦波”“三角波”“方波”“鋸齒波”四種波形。(2)信號的生成模塊調出兩個基本函數信號發生器，信號類型輸入連接前端的波形選擇模塊，然后調出相應的輸入控件，設置相應的參數，能夠進行波形輸出。(3) 數據采集模塊數據采集模塊的建立在第