彈性元件的介紹與舉例分析

　　在儀器儀表中，利用材料的彈性特性實(shí)現(xiàn)各種功能的元件稱(chēng)為彈性元件。常用的有：彈簧、平膜片、跳躍膜片、熱敏雙金屬膜片、波紋膜片、波紋管等。

　　彈性元件能夠完成測(cè)量、變換、隔離、密封、補(bǔ)償、貯能、連接等各種不同的功能，其質(zhì)量直接影響到儀器儀表的精度與可靠性。彈性元件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。因此，彈性元件在儀器儀表中的應(yīng)用十分廣泛，是儀器儀表的主要基礎(chǔ)元件之一。

　　彈性元件能將一些難以直接測(cè)量的物理量（如壓力、流量、溫度等）轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的長(zhǎng)度、角度等參量。在變形不大的情況下，各種彈性元件的彈性特性基本符合虎克定律，其載荷與位移之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，利用這種特性就可以測(cè)量力、壓力、壓差和力矩等參量。同時(shí)，彈性元件還能很方便地將很多物理量（如流量、液位、溫度、電流、壓力等）轉(zhuǎn)換為力、壓力和力矩等參量來(lái)進(jìn)行測(cè)量。文中重點(diǎn)綜述平膜片、跳躍膜片、熱敏雙金屬跳躍膜片、波紋膜片及波紋管的非線性彎曲、振動(dòng)和穩(wěn)定性研究情況。

　　1 平膜片

　　平膜片是將2 種壓力不等的流體隔開(kāi)而具有撓性的圓形薄板或薄膜，通常分為金屬和非金屬兩類(lèi)，它是一種簡(jiǎn)單可靠的壓力測(cè)量元件。

　　許多時(shí)候，由于膜片變形很小，使用薄圓板小撓度理論就可以了。這個(gè)理論的解最早是Poisson給出的，詳細(xì)的解答可參見(jiàn)文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3。

　　薄圓板的大撓度理論來(lái)源于Von Kármán，在此后10 年里，人們用各種方法研究薄圓板。

　　Hencky 首先研究了受均布?jí)毫Φ膱A形薄板。接著Vincent 用載荷攝動(dòng)法討論了受均布?jí)毫Φ膱A板大撓度問(wèn)題。Timoshenko ［2］ 用變分法， Way用幕級(jí)數(shù)方法， Panov用伽遼金法等分別求解了同一個(gè)問(wèn)題。直到錢(qián)偉長(zhǎng)［9］ 采用中心撓度為參數(shù)的攝動(dòng)法，才得到了最滿意的解答。此后，錢(qián)偉長(zhǎng)又和葉開(kāi)玩［10 -16］獲得了圓板和環(huán)形板一系列問(wèn)題的解。后來(lái)，李東和劉人懷又研究了薄圓板的非線性振動(dòng)問(wèn)題，王永亮和劉人懷討論了彈性支持環(huán)形板的非線性彎曲問(wèn)題。

　　2 跳躍膜片

　　2.1 跳躍膜片的性質(zhì)及其應(yīng)用

　　用高彈性極限材料做成微小傾度的薄壁球形圓頂，在儀器制造中通常稱(chēng)為跳躍膜片。這種零件在某種力的作用下，尤其是沿凸面分布的壓力，在一定條件下會(huì)失掉穩(wěn)定性。當(dāng)薄膜的壁足夠薄而又是用高彈性極限材料做成時(shí)，在超過(guò)臨界力以后仍能使膜片保有彈性。類(lèi)似于這種并不引起零件破壞的穩(wěn)定性喪失，稱(chēng)為跳躍。