彈性力學視角下的彎曲梁稱重傳感器設計原理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
彎曲梁稱重傳感器作為工業(yè)測力與稱重領域的核心元件，其性能直接取決于結(jié)構(gòu)設計的合理性與材料力學特性的精確應用。從彈性力學視角出發(fā)，深入分析其設計原理并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是提升傳感器靈敏度、線性度和長期穩(wěn)定性的關鍵。
傳感器的基本工作原理建立在彈性力學的彎曲理論之上。當外加載荷作用于懸臂梁或簡支梁結(jié)構(gòu)的特定位置時，梁體產(chǎn)生彎曲變形，其上下表面分別承受拉應力與壓應力。根據(jù)材料力學中的純彎曲正應力公式σ = My/I，應力大小與彎矩M成正比，與截面慣性矩I成反比。在梁的應變最顯著區(qū)域粘貼電阻應變片，即可將機械應變轉(zhuǎn)換為電阻變化，通過惠斯通電橋電路輸出與載荷成正比的電信號，實現(xiàn)重量測量。
然而，傳統(tǒng)等截面梁存在應力分布不均、靈敏度受限等問題。為此，結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為提升性能的核心環(huán)節(jié)�；趶椥粤W分析，常采用等強度梁設計，即通過改變梁的截面高度或?qū)挾�，使其在不同截面處的最大彎曲應力趨于相等。這種變截面結(jié)構(gòu)不僅減輕了自重，還顯著提高了應變片區(qū)域的應變輸出，增強了靈敏度。同時，優(yōu)化梁的支撐方式與加載點位置，可有效減小剪切力對測量的干擾，確保以純彎曲為主，提高線性度。此外，對梁體根部等應力集中區(qū)域進行圓角過渡處理，能降低局部峰值應力，延緩疲勞損傷，提升傳感器的使用壽命與可靠性。
